BR112019012395B1

BR112019012395B1 - ELECTROTRITURING DRILL, AND, DOWNHOLE DRILLING SYSTEM

Info

Publication number: BR112019012395B1
Application number: BR112019012395-4A
Authority: BR
Inventors: William M. Moeny
Original assignee: Halliburton Energy Services, Inc.; Chevron U.S.A. Inc.; Sdg Llc
Priority date: 2017-01-17
Filing date: 2017-01-17
Publication date: 2023-11-21
Also published as: US10961782B2; BR112019012395A2; US20210079730A1; US20190040685A1; US20230332470A1; US20230124575A1; US11480015B2; FR3061925B1; FR3061925A1; WO2018136033A1

Abstract

Divulga-se uma broca para perfuração por eletrotrituração no fundo do poço. Uma broca de eletrotrituração pode incluir um corpo da broca; um eletrodo acoplado a uma fonte de energia e o corpo da broca, o eletrodo tendo uma porção distal para engatar com uma superfície de um poço de exploração; um anel de aterramento acoplado ao corpo da broca próximo ao eletrodo e tendo uma porção distal para engatar com a superfície do poço de exploração, o eletrodo e o anel de aterramento posicionados um em relação ao outro de modo que um campo elétrico produzido por uma voltagem aplicada entre o anel de aterramento e o eletrodo é potencializado em uma porção do eletrodo próxima à porção distal do eletrodo e em uma porção do anel de aterramento próxima à porção distal do anel de aterramento; e um isolador acoplado ao corpo da broca entre o eletrodo e o anel de aterramento.A drill for electrocrushing drilling at the bottom of the well is disclosed. An electromilling drill may include a drill body; an electrode coupled to a power source and the drill body, the electrode having a distal portion for engaging with a surface of an exploration well; a grounding ring coupled to the drill body proximate to the electrode and having a distal portion for engaging with the surface of the wellbore, the electrode and the grounding ring positioned relative to each other so that an electric field produced by a voltage applied between the grounding ring and the electrode is potentiated in a portion of the electrode close to the distal portion of the electrode and in a portion of the grounding ring close to the distal portion of the grounding ring; and an insulator attached to the drill body between the electrode and the grounding ring.

Description

TECHNICAL FIELD

[001] A presente divulgação refere-se, em geral, à perfuração por eletrotrituração de fundo de poço e, mais particularmente, a brocas usadas na perfuração por eletrotrituração de fundo de poço.[001] The present disclosure relates, in general, to downhole electrocrushing drilling and, more particularly, to drill bits used in downhole electrocrushing drilling.

BASICS OF THE INVENTION

[002] A perfuração por eletrotrituração usa tecnologia de energia pulsada para perfurar um furo em uma formação rochosa. A tecnologia de energia pulsada aplica repetidamente um alto potencial elétrico através dos eletrodos de uma broca de perfuração por eletrotrituração, o que acaba causando a fratura da rocha ao redor. A rocha fraturada é transportada da broca pelo fluido de perfuração e a broca avança no fundo do poço.[002] Electrocrunch drilling uses pulsed energy technology to drill a hole in a rock formation. Pulsed energy technology repeatedly applies a high electrical potential across the electrodes of an electrocrushing drill bit, which ultimately causes the surrounding rock to fracture. The fractured rock is transported from the bit by the drilling fluid and the bit advances downhole.

BRIEF DESCRIPTION OF FIGURES

[003] Para uma compreensão mais completa da presente divulgação e de seus recursos e vantagens, agora será feita referência à seguinte descrição, tomada em conjunto com as figuras acompanhantes, nas quais: A FIGURA 1 é uma vista em elevação de um exemplo de sistema de perfuração por eletrotrituração de fundo de poço usado em um ambiente do poço; A FIGURA 2 é uma vista em perspectiva de exemplos de componentes de uma composição de fundo (bottom hole assembly, BHA) para um sistema de perfuração por eletrotrituração de fundo do poço; A FIGURA 3A é uma vista em perspectiva de um exemplo de eletrodo para uma broca de eletrotrituração de fundo do poço; A FIGURA 3B é uma vista em corte transversal do eletrodo mostrado na FIGURA 3A; A FIGURA 4A é uma vista em perspectiva de um exemplo de eletrodo para uma broca de eletrotrituração de fundo do poço; A FIGURA 4B é uma vista em corte transversal do eletrodo mostrado na FIGURA 4A; A FIGURA 5A é uma vista em perspectiva de um exemplo de eletrodo para uma broca por eletrotrituração de fundo do poço; A FIGURA 5B é uma vista em corte transversal do eletrodo mostrado na FIGURA 5A; A FIGURA 5C é uma vista em corte transversal de um projeto alternativo do eletrodo mostrado na FIGURA 5A; A FIGURA 6A é uma vista em perspectiva de um exemplo de um anel de aterramento para uma broca de eletrotrituração de fundo do poço; A FIGURA 6B é uma vista em corte do anel de aterramento mostrado na FIGURA 6A; A FIGURA 7 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos e um anel de aterramento; A FIGURA 8 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos dispostos em múltiplas fileiras com um anel de aterramento externo e um anel de aterramento intermediário; A FIGURA 9 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos, um anel de aterramento externo e um anel de aterramento intermediário atravessando o anel de aterramento externo para dividir a broca em três regiões; A FIGURA 10 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração que inclui vários eletrodos, um anel de aterramento externo e um anel de aterramento intermediário que atravessa o anel de aterramento externo para dividir a broca de eletrotrituração em nove regiões; A FIGURA 11 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos localizados dentro de aberturas em uma estrutura de anel de aterramento; A FIGURA 12 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos dispostos em filas, um eletrodo central e um anel de aterramento; e A FIGURA 13 é um fluxograma do exemplo de método para perfuração de um poço.[003] For a more complete understanding of the present disclosure and its features and advantages, reference will now be made to the following description, taken in conjunction with the accompanying figures, in which: FIGURE 1 is an elevation view of an example system downhole electrocrushing drilling used in a well environment; FIGURE 2 is a perspective view of example components of a bottom hole assembly (BHA) for a downhole electrocrushing drilling system; FIGURE 3A is a perspective view of an example electrode for a downhole electrogrinding drill; FIGURE 3B is a cross-sectional view of the electrode shown in FIGURE 3A; FIGURE 4A is a perspective view of an example electrode for a downhole electrogrinding drill; FIGURE 4B is a cross-sectional view of the electrode shown in FIGURE 4A; FIGURE 5A is a perspective view of an example electrode for a downhole electrogrinding drill; FIGURE 5B is a cross-sectional view of the electrode shown in FIGURE 5A; FIGURE 5C is a cross-sectional view of an alternative design of the electrode shown in FIGURE 5A; FIGURE 6A is a perspective view of an example of a ground ring for a downhole electrogrinding bit; FIGURE 6B is a cross-sectional view of the grounding ring shown in FIGURE 6A; FIGURE 7 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes and a ground ring; FIGURE 8 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes arranged in multiple rows with an outer ground ring and an intermediate ground ring; FIGURE 9 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes, an outer ground ring, and an intermediate ground ring traversing the outer ground ring to divide the drill into three regions; FIGURE 10 is a perspective view of an electrogrinding drill that includes multiple electrodes, an outer ground ring, and an intermediate ground ring that passes through the outer ground ring to divide the electrogrinding bit into nine regions; FIGURE 11 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes located within openings in a ground ring structure; FIGURE 12 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes arranged in rows, a central electrode and a ground ring; and FIGURE 13 is a flowchart of an example method for drilling a well.

DETAILED DESCRIPTION

[004] A perfuração por eletrotrituração pode ser usada para formar poços em formações rochosas subterrâneas para recuperar hidrocarbonetos, tal como petróleo e gás, a partir dessas formações. A perfuração por eletrotrituração usa tecnologia de energia pulsada para fraturar repetidamente a formação rochosa, fornecendo repetidamente impulsos elétricos de alta energia para a formação rochosa. Uma broca usada para perfuração por eletrotrituração inclui um eletrodo e um anel de aterramento acoplados a uma fonte de energia. O eletrodo e o anel de aterramento possuem contornos projetados para melhorar, concentrar ou gerenciar o campo elétrico ao redor da broca. O eletrodo e o anel de aterramento também têm portas e aberturas de fluxo de fluido para facilitar o fluxo de fluido de perfuração por eletrotrituração para dentro e para fora do campo de perfuração. Durante uma operação de perfuração, o campo elétrico ao redor da broca é tal que um arco se forma e atravessa o eletrodo e o anel de aterramento e penetra na formação rochosa. O fluido de perfuração eletrostática isola os componentes da broca e remove os detritos de rocha do campo de perfuração. Como tal, uma broca de eletrotrituração projetada de acordo com a presente divulgação pode proporcionar uma perfuração e remoção de detritos mais eficiente durante a operação de perfuração.[004] Electrocrushing drilling can be used to form wells in underground rock formations to recover hydrocarbons, such as oil and gas, from these formations. Electrocrunch drilling uses pulsed energy technology to repeatedly fracture the rock formation by repeatedly delivering high-energy electrical impulses to the rock formation. A drill bit used for electromilling drilling includes an electrode and ground ring coupled to a power source. The electrode and ground ring have contours designed to enhance, concentrate or manage the electrical field around the bit. The electrode and ground ring also have fluid flow ports and openings to facilitate the flow of electrocrushing drilling fluid into and out of the drilling field. During a drilling operation, the electrical field around the drill bit is such that an arc forms that passes through the electrode and ground ring and penetrates the rock formation. Electrostatic drilling fluid isolates drill components and removes rock debris from the drill field. As such, an electromilling drill bit designed in accordance with the present disclosure can provide more efficient drilling and debris removal during the drilling operation.

[005] Existem inúmeras maneiras pelas quais brocas de eletrotrituração podem ser implementadas em um sistema de energia pulsada de eletrotrituração no fundo do poço. Assim, as modalidades da presente divulgação e suas vantagens são melhor compreendidas em referência às FIGURAS 1 a 7, em que números equivalentes são usados para indicar partes equivalentes e correspondentes.[005] There are numerous ways in which electrocrushing drills can be implemented in a downhole electrocrushing pulsed power system. Thus, embodiments of the present disclosure and their advantages are best understood with reference to FIGURES 1 to 7, in which equivalent numbers are used to indicate equivalent and corresponding parts.

[006] A FIGURA 1 é uma vista em elevação de um exemplo de sistema de perfuração por eletrotrituração usado para formar um poço em uma formação subterrânea. Embora a FIGURA 1 mostre equipamento terrestre, as ferramentas de fundo de poço que incorporam ensinamentos da presente divulgação podem ser satisfatoriamente utilizadas com equipamento localizado em plataformas offshore, navios de perfuração, semissubmersíveis e barcas de perfuração (não expressamente mostrado). Adicionalmente, enquanto o poço 116 é mostrado como sendo um poço geralmente vertical, o poço 116 pode ter qualquer orientação incluindo geralmente horizontal, multilateral ou direcional.[006] FIGURE 1 is an elevation view of an example of an electrocrushing drilling system used to form a well in an underground formation. Although FIGURE 1 shows land-based equipment, downhole tools incorporating teachings of the present disclosure can be satisfactorily used with equipment located on offshore platforms, drilling ships, semisubmersibles and drilling barges (not expressly shown). Additionally, while well 116 is shown to be a generally vertical well, well 116 may have any orientation including generally horizontal, multilateral, or directional.

[007] O sistema de perfuração 100 inclui uma plataforma de perfuração 102 que suporta uma torre (derrick) 104 com uma catarina 106 para elevar e baixar uma coluna de perfuração 108. O sistema de perfuração 100 também inclui a bomba 124, que circula o fluido de perfuração por eletrotrituração 122 através de um tubo de alimentação para perfurar a coluna 110, que por sua vez conduz o fluido de perfuração 122 através dos canais interiores da coluna de perfuração 108 e através de um ou mais orifícios na broca de eletrotrituração 114. O fluido de perfuração de eletrotrituração 122, então circula de volta para a superfície através do espaço anular 126 formado entre a coluna de perfuração 108 e as paredes laterais do poço 116. Porções fraturadas da formação são levadas para a superfície por eletrotrituração do fluido de perfuração 122 para remover as porções fraturadas do poço 116.[007] The drilling system 100 includes a drilling rig 102 that supports a derrick 104 with a catarina 106 for raising and lowering a drill string 108. The drilling system 100 also includes the pump 124, which circulates the electrogrinding drilling fluid 122 through a feed pipe to drill string 110, which in turn drives drilling fluid 122 through the interior channels of the drill string 108 and through one or more holes in the electrocrushing bit 114. The electrogrinding drilling fluid 122 then circulates back to the surface through the annular space 126 formed between the drill string 108 and the sidewalls of the well 116. Fractured portions of the formation are brought to the surface by electrocrushing the drilling fluid 122 to remove the fractured portions of well 116.

[008] A broca de eletrotrituração 114 está ligada à extremidade distal da coluna de perfuração 108. Em algumas modalidades, a broca de eletrotrituração 114 pode ser alimentada a partir da superfície. Por exemplo, o gerador 140 pode gerar energia elétrica e fornece essa energia para a unidade de condicionamento de energia 142. A unidade de condicionamento de energia 142 pode então transmitir energia elétrica ao fundo do poço através do cabo de superfície 143 e um cabo de sub-superfície (não expressamente mostrado na FIGURA 1) contido dentro da coluna de perfuração 108 ou ligado à lateral da coluna de perfuração 108. Um circuito gerador de pulsos dentro da composição de fundo (BHA) 128 pode receber a energia elétrica da unidade de condicionamento de energia 142 e pode gerar pulsos de alta energia para conduzir a broca de eletrotrituração 114.[008] The electromilling bit 114 is connected to the distal end of the drill string 108. In some embodiments, the electromilling bit 114 can be fed from the surface. For example, the generator 140 can generate electrical power and supplies that power to the power conditioning unit 142. The power conditioning unit 142 can then transmit electrical power to the bottom of the well via surface cable 143 and a subsurface cable. -surface (not expressly shown in FIGURE 1) contained within the drill string 108 or attached to the side of the drill string 108. A pulse generating circuit within the bottom composition (BHA) 128 may receive electrical power from the conditioning unit of energy 142 and can generate high energy pulses to drive the electrogrinding bit 114.

[009] O circuito gerador de pulsos dentro da BHA 128 pode ser utilizado para aplicar repetidamente um elevado potencial elétrico, por exemplo, até ou excedendo 150 kV, através dos eletrodos da broca de eletrotrituração 114. Cada aplicação de potencial elétrico pode ser referida como pulso. Quando o potencial elétrico através dos eletrodos da broca de eletrotrituração 114 for aumentado o suficiente durante um pulso para gerar um campo elétrico suficientemente elevado, forma-se um arco elétrico através de uma formação de rocha na parte inferior do poço 116. O arco forma temporariamente um acoplamento elétrico entre os eletrodos, da broca de eletrotrituração 114, permitindo que a corrente elétrica flua através do arco dentro de uma porção da formação rochosa na parte inferior do poço 116. O arco aumenta muito a temperatura e a pressão da porção de formação rochosa através da qual o arco flui e a formação e materiais circundantes. A temperatura e a pressão são suficientemente altas para quebrar a rocha em pequenos pedaços ou detritos. Esta rocha fraturada é removida, tipicamente através do fluido de perfuração de eletrotrituração 122, que afasta a rocha fraturada dos eletrodos em direção ao topo do poço.[009] The pulse generating circuit within the BHA 128 can be used to repeatedly apply a high electrical potential, for example, up to or exceeding 150 kV, across the electrodes of the electrogrinding drill 114. Each application of electrical potential can be referred to as pulse. When the electrical potential across the electrogrinding bit electrodes 114 is increased enough during a pulse to generate a sufficiently high electric field, an electrical arc forms across a rock formation at the bottom of the well 116. The arc temporarily forms an electrical coupling between the electrodes of the electrogrinding bit 114, allowing electrical current to flow through the arc within a portion of the rock formation at the bottom of the well 116. The arc greatly increases the temperature and pressure of the rock formation portion through which the arc flows and the surrounding formation and materials. The temperature and pressure are high enough to break the rock into small pieces or debris. This fractured rock is removed, typically through electrogrinding drilling fluid 122, which moves the fractured rock away from the electrodes toward the top of the well.

[0010] À medida que a broca de eletrotrituração 114 fratura repetidamente a formação rochosa e o fluido de perfuração de eletrotrituração 122 move a rocha fraturada para o topo de poço, o poço 116 que penetra várias formações rochosas subterrâneas 118 é criado. O poço 116 pode ser qualquer furo perfurado em uma formação ou de uma série de formações subterrâneas para fins de exploração ou extração de recursos naturais como, por exemplo, hidrocarbonetos ou com a finalidade de injeção de fluidos como, por exemplo, água, resíduos, salmoura ou água misturada com outros fluidos. Adicionalmente, o poço 116 pode ser qualquer furo perfurado em uma formação subterrânea ou em uma série de formações subterrâneas para fins de geração de energia geotérmica.[0010] As the electro-crunch drill 114 repeatedly fractures the rock formation and the electro-crunch drilling fluid 122 moves the fractured rock to the top of the well, the well 116 that penetrates various underground rock formations 118 is created. Well 116 may be any hole drilled into a formation or series of underground formations for the purpose of exploring or extracting natural resources such as hydrocarbons or for the purpose of injecting fluids such as water, waste, brine or water mixed with other fluids. Additionally, well 116 may be any hole drilled into an underground formation or series of underground formations for the purpose of generating geothermal energy.

[0011] Embora o sistema de perfuração 100 seja descrito neste documento como utilizando a broca de eletrotrituração 114, o sistema de perfuração 100 também pode utilizar uma broca de eletrotrituração. Uma broca eletro-hidráulica pode ter um ou mais eletrodos e um anel de aterramento similar à broca de eletrotrituração 114. Mas, em vez de gerar um arco dentro da rocha, uma broca eletro-hidráulica aplica um grande potencial elétrico através de um ou mais eletrodos para formar um arco e um anel de aterramento através do fluido de perfuração próximo ao fundo do poço 116. A alta temperatura do arco vaporiza a porção do fluido imediatamente ao redor do arco, o que gera uma onda de choque de alta energia no fluido restante. Os eletrodos da broca de eletrotrituração podem ser orientados de modo que a onda de choque gerada pelo arco seja transmitida para o fundo do poço 116. Quando a onda de choque atingir e saltar da rocha no fundo do poço 116, a rocha se fratura. Por conseguinte, o sistema de perfuração 100 pode utilizar tecnologia de energia pulsada com uma broca de eletrotrituração para perfurar o poço 116 na formação subterrânea 118 de um modo semelhante ao da broca de eletrotrituração 114.[0011] Although the drilling system 100 is described in this document as using the electrogrinding bit 114, the drilling system 100 may also utilize an electrocrushing bit. An electro-hydraulic drill may have one or more electrodes and a ground ring similar to the 114 electro-crushing drill. But instead of generating an arc within the rock, an electro-hydraulic drill applies a large electrical potential across one or more electrodes to form an arc and ground ring through the drilling fluid near the bottom of the well 116. The high temperature of the arc vaporizes the portion of the fluid immediately surrounding the arc, which generates a high-energy shock wave in the fluid remaining. The electrodes of the electrogrinding bit can be oriented so that the shock wave generated by the arc is transmitted to the bottom of the well 116. When the shock wave reaches and bounces off the rock at the bottom of the well 116, the rock fractures. Accordingly, the drilling system 100 may utilize pulsed energy technology with an electro-crunch bit to drill the well 116 in the underground formation 118 in a manner similar to that of the electro-crunch bit 114.

[0012] A FIGURA 2 é uma vista em perspectiva dos exemplos de componentes de uma composição de fundo para um sistema de perfuração por eletrotrituração de fundo do poço 100. A composição de fundo (BHA) 128 pode incluir a ferramenta de energia de pulsos 230. A BHA 128 também pode incluir a broca de eletrotrituração 114. Para os propósitos da presente divulgação, a broca de eletrotrituração 114 pode ser integrada dentro da BHA 128 ou pode ser um componente separado que é acoplado à BHA 128.[0012] FIGURE 2 is a perspective view of example components of a bottom composition for a downhole electrocrunch drilling system 100. The bottom composition (BHA) 128 may include pulse power tool 230 The BHA 128 may also include the electromilling bit 114. For purposes of the present disclosure, the electromilling bit 114 may be integrated within the BHA 128 or may be a separate component that is coupled to the BHA 128.

[0013] A ferramenta de energia pulsada 230 pode ser acoplada para fornecer energia pulsada para a broca de eletrotrituração 114. A ferramenta de energia pulsada 230 recebe energia elétrica de uma fonte de energia através do cabo 220. Por exemplo, a ferramenta de energia pulsada 230 pode receber energia através do cabo 220 a partir de uma fonte de energia na superfície, como descrito acima com referência à FIGURA 1 ou a partir de uma fonte de energia localizada no fundo do poço tal como um gerador alimentado por uma turbina de lama. A ferramenta de energia pulsada 230 também pode receber energia elétrica através de uma combinação de uma fonte de energia na superfície e uma fonte de energia localizada no fundo do poço. A ferramenta de energia pulsada 230 converte a energia elétrica recebida da fonte de energia em pulsos elétricos de alta energia que são aplicados através do eletrodo 208 e do anel de aterramento 250 da broca de eletrotrituração 114.[0013] The pulsed power tool 230 may be coupled to provide pulsed power to the electrogrinding bit 114. The pulsed power tool 230 receives electrical energy from a power source via cable 220. For example, the pulsed power tool 230 may receive power via cable 220 from a surface power source as described above with reference to FIGURE 1 or from a downhole power source such as a generator powered by a mud turbine. The pulsed power tool 230 may also receive electrical energy through a combination of a surface power source and a downhole power source. The pulsed power tool 230 converts electrical energy received from the power source into high-energy electrical pulses that are applied through the electrode 208 and the ground ring 250 of the electrogrinding bit 114.

[0014] Referindo-se a FIGURA 1 e a FIGURA 2, o fluido de perfuração de eletrotrituração 122 pode sair da coluna de perfuração 108 através da abertura 209 em torno do eletrodo 208. O fluxo de fluido de perfuração de eletrotrituração 122 sai das aberturas 209 e permite que o eletrodo 208 seja isolado pelo fluido de perfuração de eletrotrituração. Enquanto um eletrodo 208 é mostrado na FIGURA 2, a broca de eletrotrituração 114 pode incluir múltiplos eletrodos 208. A broca de eletrotrituração 114 pode incluir o isolante sólido 210 em torno do eletrodo 208 e um ou mais orifícios (não expressamente mostrados nas FIGURAS 1 ou 2) na face da broca de eletrotrituração 114 através dos quais o fluido de perfuração 122 sai da coluna de perfuração 108. Tais orifícios podem ser furos simples ou podem ser bocais ou outras características com uma certa forma. Uma vez que os finos não são tipicamente gerados durante a perfuração eletrostática, ao contrário da perfuração mecânica, o fluido de eletrotrituração 122 pode não precisar sair da broca com uma pressão tão alta quanto o fluido de perfuração na perfuração mecânica. Como resultado, bicos e outros recursos usados para aumentar a pressão do fluido de perfuração podem não ser necessários. No entanto, bicos ou outras características para aumentar a pressão do fluido de perfuração 122 ou para direcionar o fluido de perfuração por eletrotrituração podem ser incluídos para alguns usos. Adicionalmente, a forma do isolante sólido 210 pode ser selecionada para melhorar o fluxo do fluido de perfuração por eletrotrituração 122 em torno dos componentes da broca de eletrotrituração 114.[0014] Referring to FIGURE 1 and FIGURE 2, the electrocrushing drilling fluid 122 can exit the drill string 108 through the opening 209 around the electrode 208. The flow of electrocrushing drilling fluid 122 exits the openings 209 and allows the electrode 208 to be isolated by the electrocrushing drilling fluid. While one electrode 208 is shown in FIGURE 2, the electrogrinding bit 114 may include multiple electrodes 208. The electrogrinding bit 114 may include solid insulator 210 surrounding the electrode 208 and one or more holes (not expressly shown in FIGURES 1 or 2) on the face of the electrocrunch bit 114 through which the drilling fluid 122 exits the drill string 108. Such holes may be simple holes or may be nozzles or other features having a certain shape. Since fines are not typically generated during electrostatic drilling, unlike mechanical drilling, the electrocrushing fluid 122 may not need to exit the bit at as high a pressure as the drilling fluid in mechanical drilling. As a result, nozzles and other features used to increase drilling fluid pressure may not be necessary. However, nozzles or other features to increase drilling fluid pressure 122 or to direct drilling fluid by electrocrushing may be included for some uses. Additionally, the shape of the solid insulator 210 may be selected to improve the flow of the electrocrushing drilling fluid 122 around the components of the electrocrushing bit 114.

[0015] O fluido de perfuração por eletrotrituração 122 é tipicamente circulado através do sistema de perfuração 100 a uma taxa de fluxo suficiente para remover a rocha fraturada da proximidade da broca de eletrotrituração 114. Além disso, o fluido de perfuração por eletrotrituração 122 pode estar sob pressão suficiente em um local no poço 116, particularmente um local próximo a um depósito de hidrocarboneto, gás, água ou outro, para evitar uma ruptura.[0015] The electrocrushing drilling fluid 122 is typically circulated through the drilling system 100 at a flow rate sufficient to remove fractured rock from the proximity of the electrocrushing bit 114. Additionally, the electrocrushing drilling fluid 122 may be under sufficient pressure at a location in the well 116, particularly a location near a hydrocarbon, gas, water or other deposit, to prevent a rupture.

[0016] A broca de eletrotrituração 114 pode incluir o corpo de broca 255, o eletrodo 208, o anel de aterramento 250 e o isolador sólido 210. O eletrodo 208 pode ser colocado aproximadamente no centro da broca de eletrotrituração 114. A distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 pode ser um mínimo de aproximadamente 0,4 polegadas e um máximo de aproximadamente 4 polegadas. A distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 pode ser baseada nos parâmetros da operação de perfuração por eletrotrituração. Por exemplo, se a distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 for muito pequena, o fluido de perfuração por eletrotrituração 122 pode se romper e o arco entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 pode não passar através da rocha. Contudo, se a distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 for muito grande, a broca de eletrotrituração 114 pode não ter uma voltagem adequada para formar um arco através da rocha. Por exemplo, a distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 pode ser de pelo menos 0,4 polegadas, pelo menos 1 polegada, pelo menos 1,5 polegadas ou pelo menos 2 polegadas. A distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 pode ser baseada no diâmetro da broca de eletrotrituração 114. A distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 pode ser geralmente simétrica ou pode ser assimétrica de modo que o campo elétrico que rodeia a broca de eletrotrituração tem uma forma simétrica ou assimétrica. A distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 permite que o fluido de perfuração de eletrotrituração 122 flua entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250 para remover as bolhas de vaporização da área de perfuração. Se o sistema de perfuração 100 experienciar bolhas de vaporização no fluido de perfuração de eletrotrituração 122 próximo à broca de eletrotrituração 114, as bolhas de vaporização podem ter efeitos prejudiciais. Por exemplo, as bolhas de vaporização próximas ao eletrodo 208 podem impedir a formação do arco na rocha. O fluido de perfuração de eletrotrituração 122 podem ser circulados a uma taxa de fluxo também suficiente para remover as bolhas de vaporização da proximidade da broca de eletrotrituração 114.[0016] The electrogrinding bit 114 may include the drill body 255, the electrode 208, the grounding ring 250, and the solid insulator 210. The electrode 208 may be placed approximately in the center of the electrogrinding bit 114. The distance between the electrode 208 and ground ring 250 may be a minimum of approximately 0.4 inches and a maximum of approximately 4 inches. The distance between the electrode 208 and the ground ring 250 may be based on the parameters of the electrocrushing drilling operation. For example, if the distance between the electrode 208 and the ground ring 250 is too small, the electrocrushing drilling fluid 122 may rupture and the arc between the electrode 208 and the ground ring 250 may not pass through the rock. However, if the distance between the electrode 208 and the ground ring 250 is too great, the electrogrinding bit 114 may not have adequate voltage to strike an arc through the rock. For example, the distance between the electrode 208 and the ground ring 250 may be at least 0.4 inches, at least 1 inch, at least 1.5 inches, or at least 2 inches. The distance between the electrode 208 and the grounding ring 250 may be based on the diameter of the electrogrinding bit 114. The distance between the electrode 208 and the grounding ring 250 may be generally symmetrical or may be asymmetrical so that the electric field that surrounds the electromilling drill has a symmetrical or asymmetrical shape. The distance between the electrode 208 and the ground ring 250 allows the electrocrushing drilling fluid 122 to flow between the electrode 208 and the ground ring 250 to remove vaporization bubbles from the drilling area. If the drilling system 100 experiences vaporization bubbles in the electrocrushing drilling fluid 122 near the electrocrushing bit 114, the vaporization bubbles may have detrimental effects. For example, vaporization bubbles near electrode 208 may prevent arc formation in the rock. The electrocrushing drilling fluid 122 may be circulated at a flow rate also sufficient to remove vaporization bubbles from the vicinity of the electrocrushing bit 114.

[0017] O eletrodo 208 tem três seções: face 216, corpo 217 e haste 218. A face 216 é uma porção distal do eletrodo 208 em contato com a rocha durante uma operação de perfuração de eletrotrituração. Por exemplo, a face 216 pode engatar com uma porção do poço, tal como o poço 116 mostrado na FIGURA 1. O corpo 217 acopla a face 216 à haste 218. A haste 218 acopla o eletrodo 208 à broca de eletrotrituração 114. O eletrodo 208 pode ter qualquer diâmetro adequado com base na operação de perfuração. Por exemplo, o eletrodo 208 pode ter um diâmetro entre aproximadamente duas e aproximadamente dez polegadas. Em algumas modalidades o eletrodo 208 pode ser menor do que duas polegadas de diâmetro. O diâmetro do eletrodo pode ser baseado no diâmetro da broca de eletrotrituração 114 e a distância entre o eletrodo 208 e o anel de aterragem 250, como descrito acima.[0017] The electrode 208 has three sections: face 216, body 217 and rod 218. The face 216 is a distal portion of the electrode 208 in contact with the rock during an electrocrushing drilling operation. For example, the face 216 may engage with a portion of the well, such as the well 116 shown in FIGURE 1. The body 217 couples the face 216 to the rod 218. The rod 218 couples the electrode 208 to the electrogrinding bit 114. The electrode 208 can be any suitable diameter based on the drilling operation. For example, electrode 208 may have a diameter between approximately two and approximately ten inches. In some embodiments the electrode 208 may be smaller than two inches in diameter. The diameter of the electrode may be based on the diameter of the electrogrinding bit 114 and the distance between the electrode 208 and the landing ring 250, as described above.

[0018] A geometria do eletrodo 208 afeta o campo elétrico que envolve a broca de eletrotrituração 114 durante a perfuração por eletrotrituração. Por exemplo, a geometria do eletrodo 208 pode ser concebida para resultar em um campo elétrico aumentado envolvendo o eletrodo 208 de modo que os arcos iniciem no eletrodo 208 e terminem no anel de aterragem 250 ou vice-versa, de modo que o arco inicie a partir do anel de aterragem 250 e termine no eletrodo 208. O campo elétrico que rodeia o eletrodo 208 pode ser concebido de modo que a maioria dos arcos que se inicia entre o eletrodo 208 e o anel de aterragem 250 o fazem de modo que um trajeto ou vários trajetos que resultam em uma remoção de rocha mais eficiente, por exemplo um trajeto ou trajetos através da rocha. Similarmente, o campo elétrico que rodeia o eletrodo 208 pode ser concebido de modo a minimizar os arcos que têm início entre o eletrodo 208 e o anel de aterragem 250, que o fazem através de um trajeto ou uma multiplicidade de trajetos que resultam em uma remoção de rocha menos eficiente, por exemplo, pegando um atalho através do fluido de perfuração, sem penetrar na rocha. Por exemplo, a face 216 do eletrodo 208 pode ser engatada com uma superfície do poço e uma porção distal do anel de aterragem 250 também pode ser engatada com a superfície do poço. O campo elétrico pode ser concebido de modo que o campo elétrico é aumentado em uma porção do eletrodo 208 próximo da face 216 e em uma porção do anel de aterragem 250, próximo da porção distal do anel de aterragem 250. Um campo elétrico melhorado em uma região que rodeia a broca de eletrotrituração 114 pode resultar em um fluxo elétrico aumentado naquela região. Por exemplo, o campo elétrico Es na proximidade de uma estrutura condutora especificamente modelada será maior do que o campo elétrico macroscópico médio criado pela voltagem aplicada sobre o espaçamento médio Eaplicada pelo fator de aumento de campo, y, definido pela equação abaixo: [0018] The geometry of the electrode 208 affects the electric field surrounding the electrogrinding bit 114 during electrocrushing drilling. For example, the geometry of electrode 208 may be designed to result in an increased electric field surrounding electrode 208 such that arcs begin at electrode 208 and terminate at grounding ring 250 or vice versa such that the arc begins to strike. starting from the landing ring 250 and ending at the electrode 208. The electric field surrounding the electrode 208 can be designed so that most of the arcs that begin between the electrode 208 and the landing ring 250 do so in such a way that a path or multiple paths that result in more efficient rock removal, for example a path or paths through the rock. Similarly, the electric field surrounding the electrode 208 can be designed to minimize arcs that begin between the electrode 208 and the landing ring 250, which do so through a path or a plurality of paths that result in a removal less efficient rock drilling, for example by taking a shortcut through the drilling fluid without penetrating the rock. For example, the face 216 of the electrode 208 may be engaged with a well surface and a distal portion of the landing ring 250 may also be engaged with the well surface. The electric field can be designed so that the electric field is increased in a portion of the electrode 208 proximate the face 216 and in a portion of the landing ring 250 proximate the distal portion of the landing ring 250. An improved electric field in a region surrounding the electrogrinding bit 114 may result in increased electrical flow in that region. For example, the electric field Es in the vicinity of a specifically modeled conductive structure will be greater than the average macroscopic electric field created by the voltage applied over the average spacing Eapplied by the field enhancement factor, y, defined by the equation below:

[0019] A geometria do eletrodo 208 inclui o perfil da face 216, a forma do corpo 217 e os contornos das transições entre a face 216, o corpo 217 e a haste 218. Por exemplo, a face 216 pode ter um perfil plano, um perfil côncavo ou um perfil convexo. O perfil pode ser baseado no projeto do campo elétrico em torno da broca de eletrotrituração. O corpo 217 pode ser geralmente de forma cônica, de forma cilíndrica, de formato retangular, de forma poliédrica, em forma de gota, em forma de coluna ou qualquer outra forma adequada. As transições entre a face 216 e o corpo 217 podem ser contornadas para resultar em condições de campo elétrico que sejam favoráveis ou desfavoráveis para o início ou fim do arco. Por exemplo, a transição entre a face 216 e o corpo 217 pode ter um raio de curvatura acentuado de modo que as condições do campo elétrico são favoráveis para um início/fim de um arco na transição entre a face 216 e o corpo 217. Em contraste, a transição entre o corpo 217 e a haste 218 pode ter um raio de curvatura suave, de modo que as condições não são favoráveis para o início e/ou fim do arco na transição entre o corpo 217 e a haste 218. Um raio de curvatura de uma transição é o raio de um círculo do qual o arco da transição é uma parte. A título de exemplo, um raio de curvatura acentuado pode ser um raio maior que 0,01 polegadas e, às vezes, na faixa de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,15 polegadas, como aproximadamente 0,094 polegadas e um raio de curvatura suave pode ser um raio no intervalo de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 1,0 polegadas, tal como aproximadamente 0,25 polegadas, aproximadamente 0,5 polegadas, aproximadamente 0,75 polegadas ou aproximadamente 1,0 polegadas. A razão entre o raio de curvatura suave e o raio de curvatura acentuado pode ser de aproximadamente 2: 1 ou mais e pode ser de até 5: 1, 10: 1 ou substancialmente maior que 10: 1. O raio suave pode ser determinado com base na geometria das estruturas circundantes na broca de eletrotrituração 114 e na forma do campo elétrico para uma determinada operação de perfuração por eletrotrituração. Por exemplo, os campos elétricos no eletrodo 208 podem ser uma função da geometria do anel de aterramento 250 e da geometria e material do isolante 210. Por exemplo, o raio da borda do eletrodo 208 e a forma do eletrodo 208 podem afetar a interação da broca de eletrotrituração 114 com a rocha. Adicionalmente, a estrutura do anel de aterragem 250 pode ser ajustada para alterar a distribuição do campo elétrico no eletrodo 208. Além disso, o material usado para formar o isolante 210 e a configuração do isolante 210 podem ser ajustados para mudar o campo elétrico no eletrodo 208. Em alguns exemplos, a constante dielétrica do fluido de perfuração de eletrotrituração e a geometria dos fragmentos de rocha e do poço durante o processo de perfuração podem afetar a distribuição instantânea do campo elétrico no eletrodo 208. As transições são mostradas em mais detalhe nas FIGURAS 3A-5B. O eletrodo 208 pode ser qualquer um dos eletrodos mostrados nas FIGURAS 3A-5B.[0019] The geometry of the electrode 208 includes the profile of the face 216, the shape of the body 217, and the contours of the transitions between the face 216, the body 217, and the rod 218. For example, the face 216 may have a flat profile, a concave profile or a convex profile. The profile can be based on the design of the electric field around the electrogrinding bit. The body 217 may generally be conical in shape, cylindrical in shape, rectangular in shape, polyhedral in shape, teardrop shaped, column shaped or any other suitable shape. The transitions between face 216 and body 217 can be contoured to result in electric field conditions that are favorable or unfavorable for the beginning or end of the arc. For example, the transition between face 216 and body 217 may have a steep radius of curvature so that electric field conditions are favorable for a start/end of an arc at the transition between face 216 and body 217. In In contrast, the transition between the body 217 and the rod 218 may have a smooth radius of curvature, so that conditions are not favorable for the beginning and/or end of the arc at the transition between the body 217 and the rod 218. A radius of curvature of a transition is the radius of a circle of which the arc of the transition is a part. By way of example, a sharp bend radius may be a radius greater than 0.01 inches and sometimes in the range of approximately 0.05 to approximately 0.15 inches, such as approximately 0.094 inches, and a smooth bend radius may be a radius in the range of approximately 0.15 to approximately 1.0 inches, such as approximately 0.25 inches, approximately 0.5 inches, approximately 0.75 inches, or approximately 1.0 inches. The ratio of the smooth radius of curvature to the sharp radius of curvature can be approximately 2:1 or more and can be as high as 5:1, 10:1, or substantially greater than 10:1. The smooth radius can be determined with based on the geometry of the surrounding structures in the electrocrushing drill bit 114 and the shape of the electric field for a given electrocrushing drilling operation. For example, the electric fields at electrode 208 may be a function of the geometry of the ground ring 250 and the geometry and material of the insulator 210. For example, the edge radius of the electrode 208 and the shape of the electrode 208 may affect the interaction of the electrocrushing drill 114 with the rock. Additionally, the structure of the grounding ring 250 can be adjusted to change the distribution of the electric field at the electrode 208. Additionally, the material used to form the insulator 210 and the configuration of the insulator 210 can be adjusted to change the electric field at the electrode. 208. In some examples, the dielectric constant of the electrocrushing drilling fluid and the geometry of the rock fragments and wellbore during the drilling process can affect the instantaneous distribution of the electric field at electrode 208. The transitions are shown in more detail in FIGURES 3A-5B. Electrode 208 may be any of the electrodes shown in FIGURES 3A-5B.

[0020] A geometria da broca de eletrotrituração 114 e especificamente determinadas dimensões entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250, podem ser concebidas para maximizar a ocorrência de trajetos de arco entre o eletrodo e o anel de aterramento que se deslocam através da rocha e/ou minimizam trajetos de atalho para que os arcos se desloquem entre o eletrodo e o anel de aterramento. O corpo 217 ou o corpo 217 em combinação com a haste 218, pode ser moldado para resultar em uma primeira distância mínima entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250, com uma porção substancial da superfície condutora do eletrodo na direção axial, perpendicular à face 216, estando a uma distância maior do anel de aterramento 250. A primeira distância mínima pode ser uma distância menor que a distância média entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250. A primeira distância mínima pode resultar em um aumento relativo ou uma concentração do campo elétrico no perímetro da face 216 versus o equilíbrio da extensão axial do eletrodo 208, por exemplo, de modo que uma primeira distância mínima seja aproximadamente 15% menor do que a distância média entre o eletrodo 208 e o anel de aterragem 250, pelo menos aproximadamente 25% menor do que a distância média entre o eletrodo 208 e o anel de aterragem 250 ou pelo menos aproximadamente 50% menos do que a distância média entre o eletrodo 208 e o anel de aterramento 250. Um anel de aterramento cônico, como mostrado na FIGURA 2, pode atingir este critério, assim como uma semiesfera ou outras geometrias. Por exemplo, na FIGURA 2, a primeira distância mínima pode ser a distância entre o perímetro da face 216 e o anel de aterramento 250, enquanto a distância média entre o eletrodo 308 e o anel de aterramento 250 é calculada incluindo a distância entre o corpo 217, o anel de aterramento 250, a haste 218 e o anel de aterramento 250. A primeira distância mínima pode ser tal que o campo elétrico é aumentado ou concentrado em uma porção do eletrodo 208 próximo da face 216 e em uma porção do anel de aterragem 250, próximo da porção distal do anel de aterragem 250.[0020] The geometry of the electrogrinding bit 114, and specifically certain dimensions between the electrode 208 and the ground ring 250, can be designed to maximize the occurrence of arc paths between the electrode and the ground ring traveling through the rock and/or minimize shortcuts for arcs to travel between the electrode and the grounding ring. The body 217, or the body 217 in combination with the rod 218, may be shaped to result in a first minimum distance between the electrode 208 and the grounding ring 250, with a substantial portion of the conductive surface of the electrode in the axial direction, perpendicular to the face 216, being at a greater distance from the grounding ring 250. The first minimum distance may be a distance less than the average distance between the electrode 208 and the grounding ring 250. The first minimum distance may result in a relative increase or a concentration of the electric field at the perimeter of the face 216 versus the balance of the axial extent of the electrode 208, for example, such that a first minimum distance is approximately 15% less than the average distance between the electrode 208 and the landing ring 250, at least approximately 25% less than the average distance between the electrode 208 and the grounding ring 250 or at least approximately 50% less than the average distance between the electrode 208 and the grounding ring 250. A conical grounding ring, as shown in FIGURE 2, it can achieve this criterion, as can a semisphere or other geometries. For example, in FIGURE 2, the first minimum distance may be the distance between the perimeter of the face 216 and the grounding ring 250, while the average distance between the electrode 308 and the grounding ring 250 is calculated by including the distance between the body 217, the grounding ring 250, the rod 218 and the grounding ring 250. The first minimum distance may be such that the electric field is increased or concentrated on a portion of the electrode 208 proximate the face 216 and on a portion of the grounding ring. landing 250, near the distal portion of the landing ring 250.

[0021] O anel de aterragem 250 pode funcionar como um eletrodo e proporcionar uma localização na broca de eletrotrituração onde um arco pode iniciar e/ou terminar. O anel de aterragem 250 também proporciona uma ou mais portas de fluxo de fluido 260, de modo que os fluidos de perfuração fluam através das portas de fluxo de fluido 260 carregam rocha e bolhas de vaporização para longe da área da perfuração. Além disso, o anel de aterramento 250 fornece suporte estrutural para a broca de eletrotrituração 114 para dar suporte à força descendente causada pelo peso dos componentes de perfuração por eletrotrituração na parte superior do poço a partir da broca de eletrotrituração 114, tal como a coluna de perfuração 108 mostrada na FIGURA 1. A broca de eletrotrituração 114 pode incluir, adicionalmente, um componente estrutural adicional (não mostrado expressamente) que suporta a força descendente criada pelo peso dos componentes de perfuração de eletrotrituração acima da broca de eletrotrituração 114. Por exemplo, um anel isolante ou vigas podem estar localizadas na broca de eletrotrituração 114 para suportar algum ou todo o peso dos componentes de eletrotrituração e o peso de algumas ou de todas as colunas de perfuração. Como outro exemplo, uma estrutura de suporte estrutural, fisicamente separada, mas acoplada ao eletrodo do anel de aterramento, pode ser usada para suportar o peso dos componentes de eletrotrituração e da coluna de perfuração.[0021] The landing ring 250 can function as an electrode and provide a location on the electrogrinding bit where an arc can start and/or end. The landing ring 250 also provides one or more fluid flow ports 260, so that drilling fluids flowing through the fluid flow ports 260 carry rock and vaporization bubbles away from the drilling area. Additionally, the ground ring 250 provides structural support for the electrocrushing bit 114 to support the downward force caused by the weight of the electrocrushing drilling components at the top of the wellbore from the electrocrushing bit 114, such as the drill string. drilling 108 shown in FIGURE 1. The electrocrushing drill bit 114 may additionally include an additional structural component (not expressly shown) that supports the downward force created by the weight of the electrocrushing drilling components above the electrocrushing drill bit 114. For example, a grommet or beams may be located in the electrocrushing bit 114 to support some or all of the weight of the electrocrushing components and the weight of some or all of the drill strings. As another example, a structural support structure, physically separate from but coupled to the ground ring electrode, can be used to support the weight of the electrocrushing components and the drill string.

[0022] A FIGURA 3A é uma vista em perspectiva de um exemplo de eletrodo para uma broca de eletrotrituração de fundo do poço. A FIGURA 3B é uma vista em corte transversal do eletrodo mostrado na FIGURA 3A. O eletrodo 308 fornece uma função similar e tem características similares às do eletrodo 208 mostrado na FIGURA 2.[0022] FIGURE 3A is a perspective view of an example electrode for a downhole electrogrinding drill. FIGURE 3B is a cross-sectional view of the electrode shown in FIGURE 3A. The electrode 308 provides a similar function and has similar characteristics as the electrode 208 shown in FIGURE 2.

[0023] Pulsos de energia elétrica elevada de uma fonte de energia podem ser aplicados ao eletrodo 308 para gerar um arco como descrito com mais detalhe nas FIGURAS 1 e 2. Como descrito com referência à FIGURA 2, os contornos das transições entre as partes do eletrodo 308 afetam o campo elétrico em torno da broca de eletrotrituração. Por exemplo, a transição entre a face 316 e o corpo 317, a borda 312, pode ter um raio de curvatura acentuado, como descrito acima com referência à FIGURA 2, de modo que as condições do campo elétrico sejam favoráveis para um arco iniciar e/ou terminar na borda 312. Em contraste, a transição 314 entre o corpo 317 e a haste 318 pode ter um raio de curvatura suave, de modo que as condições do campo elétrico não são favoráveis para o início e/ou fim do arco.[0023] Pulses of high electrical energy from a power source can be applied to electrode 308 to generate an arc as described in more detail in FIGURES 1 and 2. As described with reference to FIGURE 2, the contours of transitions between parts of the electrode 308 affect the electric field around the electrogrinding bit. For example, the transition between face 316 and body 317, edge 312, may have a steep radius of curvature, as described above with reference to FIGURE 2, so that electric field conditions are favorable for an arc to initiate and /or terminate at the edge 312. In contrast, the transition 314 between the body 317 and the rod 318 may have a smooth radius of curvature, so that the electric field conditions are not favorable for the beginning and/or end of the arc.

[0024] O eletrodo 308 pode incluir ainda a abertura de fluxo de fluido 309 que se estende através da haste 318 e do corpo 317 até a face 316 para direcionar os fluidos da eletrotrituração de uma coluna de perfuração, como a coluna de perfuração 108 mostrada na FIGURA 1, no fundo do poço até a broca de perfuração. Por exemplo, a broca de eletrotrituração pode ser acoplada à coluna de perfuração e o fluido de eletrotrituração pode fluir do fundo do polo através da coluna de perfuração, até a broca de eletrotrituração e sair pela abertura do fluxo do fluido 309. Uma porção ou todo o fluido que flui pela coluna de perfuração pode sair pela abertura do fluxo do fluido 309. A abertura do fluxo de fluido 309 pode estar centrada na face 316, como mostrado nas FIGURAS 3A e 3B, ou pode ser deslocada radialmente. O trajeto do fluxo pode ser coaxial com o eletrodo 308 ou pode estar em um ângulo de deslocamento a partir da linha central do eletrodo 308. A abertura do fluxo de fluido 309 pode ter uma área de seção transversal projetada para resultar em maior velocidade de fluido do que o fluxo pela coluna de perfuração, e pode incluir um orifício ou jato.[0024] Electrode 308 may further include fluid flow opening 309 that extends through rod 318 and body 317 to face 316 to direct electrocrushing fluids from a drill string, such as drill string 108 shown. in FIGURE 1, at the bottom of the well to the drill bit. For example, the electrocrushing bit can be coupled to the drill string and the electrocrushing fluid can flow from the bottom of the pole through the drill string to the electrocrushing bit and exit through the fluid flow opening 309. A portion or all fluid flowing through the drill string may exit through fluid flow opening 309. Fluid flow opening 309 may be centered on face 316, as shown in FIGURES 3A and 3B, or may be offset radially. The flow path may be coaxial with the electrode 308 or may be at an offset angle from the centerline of the electrode 308. The fluid flow opening 309 may have a cross-sectional area designed to result in greater fluid velocity. than flow through the drill string, and may include an orifice or jet.

[0025] Alternativamente, a abertura do fluxo do fluido 309 pode ser usada para aceitar um parafuso para fixar o eletrodo 308 à estrutura interna do BHA (não expressamente mostrado) ao qual o eletrodo 308 está fixado. O eletrodo 308 pode incluir ainda fendas 319 que facilitam o fluxo dos fluidos de eletrotrituração em torno do eletrodo 308. A presença de fendas 319 pode modificar a direção e/ou a velocidade do fluxo do fluido de eletrotrituração através pela área de perfuração. Algumas fendas 319 podem ser canais na face 316 do eletrodo 308, como mostrado pela fenda 319a na FIGURA 3B, que se estende parcialmente através do corpo 317. Outras fendas 319 podem estender-se através do corpo 317, como mostrado pela fenda 319b na FIGURA 3B. Algumas ou todas as fendas 319 podem terminar antes da interseção com a abertura do fluxo de fluido 309, como mostrado nas FIGURAS 3A e 3B e algumas ou todas as fendas 319 podem cruzar com a abertura do fluxo de fluido 309. O eletrodo 308 pode ter qualquer combinação de fendas 319. Como mostrado na FIGURA 3A, a borda 320 de cada fenda 319 pode ter um raio de curvatura acentuado, como descrito acima com referência à FIGURA 2, para criar condições favoráveis no campo elétrico para o início e/ou fim do arco. A borda 320 de cada fenda 319 também pode ter um raio acentuado ou qualquer outro raio de curvatura adequado para o processo de perfuração e/ou fabricação.[0025] Alternatively, the fluid flow opening 309 may be used to accept a screw to secure the electrode 308 to the internal structure of the BHA (not expressly shown) to which the electrode 308 is attached. The electrode 308 may further include slits 319 that facilitate the flow of electrogrinding fluids around the electrode 308. The presence of slits 319 may modify the direction and/or speed of flow of the electrogrinding fluid through the perforation area. Some slits 319 may be channels in face 316 of electrode 308, as shown by slit 319a in FIGURE 3B, which extends partially through body 317. Other slits 319 may extend through body 317, as shown by slit 319b in FIGURE 3B. Some or all of the slits 319 may terminate before intersecting the fluid flow opening 309, as shown in FIGURES 3A and 3B, and some or all of the slits 319 may intersect the fluid flow opening 309. The electrode 308 may have any combination of slits 319. As shown in FIGURE 3A, the edge 320 of each slit 319 may have a steep radius of curvature, as described above with reference to FIGURE 2, to create favorable conditions in the electric field for the start and/or end of the arc. The edge 320 of each slot 319 may also have a sharp radius or any other radius of curvature suitable for the drilling and/or manufacturing process.

[0026] O eletrodo 308 pode ser fabricado por qualquer material que possa suportar as condições em um poço e que tenha condutividade suficiente para conduzir milhares de amps por impulso sem danificar estruturalmente o eletrodo, tal como aço na família 41 (frequentemente designada como a família 41 xx, por exemplo aço 4140), aço ligado a carbono, aço inoxidável, níquel e ligas de níquel, cobre e ligas de cobre, titânio e ligas de titânio, cromo e ligas de cromo, molibdênio e ligas de molibdênio, cerâmicas dopadas, materiais compósitos que usam um material de matriz com alto ponto de fusão como tungstênio e um material de reforço com uma elevada condutividade e baixo ponto de fusão, como cobre, latão, prata ou ouro, e suas combinações. A condutividade do eletrodo 308 pode ser uma função da geometria do eletrodo 308 e do formato do arco que se forma entre o eletrodo 308 e o anel de aterramento ou outros eletrodos na broca de eletrotrituração. Por exemplo, a condutividade mínima do eletrodo 308 pode estar baseada nos requisitos de voltagem da operação de perfuração por eletrotrituração e tais condutividades (medidas a 20°C) podem ter pelo menos aproximadamente 0,5 x 10A6 1/ohm-metro, pelo menos aproximadamente 1,0 x 10A7 1/ohm-metro ou superior. Quando um arco inicia ou termina no eletrodo 308, a temperatura no ponto de início ou fim aumenta de modo que a temperatura funde a superfície do eletrodo 308. A criação do arco é frequentemente acompanhada por uma onda de choque. Quando a onda de choque impacta a superfície fundida do eletrodo 308, uma porção da superfície fundida pode se separar do resto do eletrodo 308 e ser transportada para a superfície do poço com o fluido de eletrotrituração. Por conseguinte, para evitar a perda de material, as áreas do eletrodo 308, por exemplo, as bordas 312 e/ou 320, com condições de campo elétrico favoráveis ao início e/ou fim do arco, podem ser revestidas ou feitas de um compósito com matriz de metal. O compósito com matriz de metal pode ser formado por um material de matriz com alto ponto de fusão e/ou alta resistência à erosão elétrica, como tungstênio, carboneto, cerâmica, compacto de diamante policristalino, fibra de carbono, grafeno, grafite, oliveno (FEPO4), tubos de carbono ou suas combinações, infundidos com um metal que tem baixo ponto de fusão, como cobre, ouro, prata, índio ou suas combinações. Por exemplo, o compósito com matriz de metal pode ser um compósito de tungstênio e cobre, como ELKONITE®, fabricado e vendido pela CMW Inc. de Indianápolis, Indiana. O ponto de fusão do material da matriz pode ser maior do que o ponto de fusão do metal infundido. Durante o início e/ou fim do arco, o metal infundido pode derreter enquanto o material da matriz permanece sólido para manter o metal infundido derretido no lugar durante o movimento da onda de choque. Após a diminuição da temperatura, o metal infundido solidifica sem qualquer perda de material.[0026] Electrode 308 can be manufactured from any material that can withstand the conditions in a well and that has sufficient conductivity to conduct thousands of impulse amps without structurally damaging the electrode, such as steel in family 41 (often referred to as the 41 xx, for example steel 4140), carbon alloy steel, stainless steel, nickel and nickel alloys, copper and copper alloys, titanium and titanium alloys, chromium and chromium alloys, molybdenum and molybdenum alloys, doped ceramics, composite materials that use a matrix material with a high melting point such as tungsten and a reinforcing material with a high conductivity and low melting point such as copper, brass, silver or gold, and combinations thereof. The conductivity of the electrode 308 may be a function of the geometry of the electrode 308 and the shape of the arc that forms between the electrode 308 and the ground ring or other electrodes on the electrogrinding bit. For example, the minimum conductivity of electrode 308 may be based on the voltage requirements of the electrocrushing drilling operation and such conductivities (measured at 20°C) may be at least approximately 0.5 x 10A6 1/ohm-meter, at least approximately 1.0 x 10A7 1/ohm-meter or greater. When an arc starts or ends at electrode 308, the temperature at the starting or ending point increases so that the temperature melts the surface of electrode 308. The creation of the arc is often accompanied by a shock wave. When the shock wave impacts the molten surface of the electrode 308, a portion of the molten surface may separate from the rest of the electrode 308 and be transported to the well surface with the electrogrinding fluid. Therefore, to avoid loss of material, areas of the electrode 308, e.g., the edges 312 and/or 320, with electric field conditions favorable to the beginning and/or end of the arc, may be coated or made of a composite with metal matrix. The metal matrix composite may be formed from a matrix material with a high melting point and/or high resistance to electrical erosion, such as tungsten, carbide, ceramic, polycrystalline diamond compact, carbon fiber, graphene, graphite, olivene ( FEPO4), carbon tubes or combinations thereof, infused with a metal that has a low melting point, such as copper, gold, silver, indium or combinations thereof. For example, the metal matrix composite may be a tungsten copper composite, such as ELKONITE®, manufactured and sold by CMW Inc. of Indianapolis, Indiana. The melting point of the matrix material may be higher than the melting point of the infused metal. During the start and/or end of the arc, the infused metal may melt while the matrix material remains solid to hold the molten infused metal in place during the movement of the shock wave. After decreasing the temperature, the infused metal solidifies without any loss of material.

[0027] Embora as FIGURAS 3A-3B ilustrem um projeto de eletrodo particular com uma certa combinação de características, o eletrodo 308 pode usar qualquer combinação adequada de características para gerar um arco. Tais características podem incluir qualquer uma ou mais das características do eletrodo 408 mostrado nas FIGURAS 4A-4B e/ou do eletrodo 508 mostrado nas FIGURAS 5A-5B, como um ou mais entalhes e/ou uma mola.[0027] Although FIGURES 3A-3B illustrate a particular electrode design with a certain combination of characteristics, electrode 308 can use any suitable combination of characteristics to generate an arc. Such features may include any one or more of the features of the electrode 408 shown in FIGURES 4A-4B and/or the electrode 508 shown in FIGURES 5A-5B, such as one or more notches and/or a spring.

[0028] A FIGURA 4A é uma vista em perspectiva de um exemplo de eletrodo para uma broca de eletrotrituração de fundo do poço. A FIGURA 4B é uma vista em corte transversal do eletrodo mostrado na FIGURA 4A. O eletrodo 408 fornece uma função similar e tem características similares às do eletrodo 208 mostrado na FIGURA 2.[0028] FIGURE 4A is a perspective view of an example electrode for a downhole electrogrinding drill. FIGURE 4B is a cross-sectional view of the electrode shown in FIGURE 4A. The electrode 408 provides a similar function and has similar characteristics as the electrode 208 shown in FIGURE 2.

[0029] Como descrito a respeito da FIGURA 2, os contornos das transições entre as partes do eletrodo 308 afetam o campo elétrico em torno da broca de eletrotrituração. Por exemplo, a borda 412 pode ter um raio de curvatura acentuado, de modo que as condições do campo elétrico são favoráveis para o início e/ou fim do arco na borda 412. Em contraste, a transição 414 pode ter um raio de curvatura suave, de modo que as condições do campo elétrico não são favoráveis para o início e/ou fim do arco.[0029] As described with respect to FIGURE 2, the contours of the transitions between parts of the electrode 308 affect the electric field around the electrogrinding bit. For example, the edge 412 may have a sharp radius of curvature so that electric field conditions are favorable for the beginning and/or end of the arc at edge 412. In contrast, the transition 414 may have a smooth radius of curvature. , so that the electric field conditions are not favorable for the beginning and/or end of the arc.

[0030] O eletrodo 408 pode incluir ainda um ou mais entalhes 422 ao longo da borda 412. A presença de entalhes 422 pode alterar o campo elétrico em torno do eletrodo 408 aumentando o campo elétrico perto do eletrodo 408. A borda 412 dos entalhes 422 pode ter um raio de curvatura acentuado para criar condições favoráveis para o início e/ou fim do arco fornecendo um perímetro maior do eletrodo 408 tendo um raio de curvatura acentuado do que o perímetro de uma borda lisa (como mostrado na FIGURA 3A). Embora os entalhes 422 sejam mostrados em forma de U na FIGURA 4A, os entalhes 422 podem ter qualquer formato adequada incluindo triangular, retangular, poligonal, circular ou qualquer combinação destes. Enquanto os entalhes 422 são mostrados como indentações na borda 412, em alguns exemplos a borda 412 pode ter descontinuidades que sobressaem da borda 412. Além disso, enquanto o eletrodo 408 é mostrado como incluindo entalhes 422, qualquer descontinuidade ao longo da borda 412 pode obter um efeito similar aos entalhes 422. Por exemplo, a borda 412 pode ser serrilhada ou ondulada. Adicionalmente, as descontinuidades na face 416 também podem conseguir um efeito similar às descontinuidades ao longo da borda 412. Por exemplo, a face 416 pode incluir gomos, ondulações ou protuberâncias. O tamanho das descontinuidades ao longo da borda 412 pode ser uma função do espaçamento entre o eletrodo 408 e um anel de aterramento, do raio do eletrodo 408, do tipo de rocha que está sendo perfurada, do trajeto do fluxo do fluido do fluido de eletrotrituração ou de qualquer combinação destes. As descontinuidades podem se projetar para fora, ou recuar para dentro, a partir da borda 412 ou da face 416, uma distância (medida perpendicularmente à borda 412 ou à face 416) de aproximadamente 0,03 polegadas a aproximadamente 0,12 polegadas, ou até aproximadamente 0,25 polegadas ou mais. O comprimento do perímetro global das descontinuidades ao longo da borda 412 (isto é, a porção do perímetro interrompida por tais descontinuidades) pode totalizar aproximadamente 5% a aproximadamente 30% do comprimento do perímetro, aproximadamente 25% a aproximadamente 75% do comprimento do perímetro, ou mais. A área global de descontinuidades na face 416 (isto é, a porção da área da superfície da face interrompida por tais descontinuidades) pode totalizar aproximadamente 5% a aproximadamente 30% da área de superfície da face 416, aproximadamente 25% a aproximadamente 75% da área de superfície, ou mais. As descontinuidades podem ser distribuídas uniformemente sobre o perímetro da borda 412 ou uniformemente na face 416, ou podem ser aumentadas ou concentradas em porções do perímetro da borda 412 (por exemplo, aumentadas ou concentradas no centro de cada um dos 4 quadrantes) ou porções da área da face 416 (por exemplo, aumentadas ou concentradas em uma banda na face 416, perto da borda 412, ou em múltiplas bandas concêntricas, ou aumentadas ou concentradas em outras zonas dentro da face 416).[0030] The electrode 408 may further include one or more notches 422 along the edge 412. The presence of notches 422 may alter the electric field around the electrode 408 by increasing the electric field near the electrode 408. The edge 412 of the notches 422 may have a steep radius of curvature to create favorable conditions for the start and/or end of the arc by providing a larger perimeter of the electrode 408 having a sharp radius of curvature than the perimeter of a smooth edge (as shown in FIGURE 3A). Although notches 422 are shown in a U-shape in FIGURE 4A, notches 422 may have any suitable shape including triangular, rectangular, polygonal, circular, or any combination thereof. While the notches 422 are shown as indentations on the edge 412, in some examples the edge 412 may have discontinuities that protrude from the edge 412. Furthermore, while the electrode 408 is shown as including notches 422, any discontinuities along the edge 412 may obtain an effect similar to notches 422. For example, edge 412 may be serrated or wavy. Additionally, discontinuities on face 416 may also achieve a similar effect to discontinuities along edge 412. For example, face 416 may include gobs, ripples, or protuberances. The size of the discontinuities along the edge 412 may be a function of the spacing between the electrode 408 and a ground ring, the radius of the electrode 408, the type of rock being drilled, the fluid flow path of the electrogrinding fluid or any combination thereof. The discontinuities may project outward, or inward, from edge 412 or face 416 a distance (measured perpendicular to edge 412 or face 416) of approximately 0.03 inches to approximately 0.12 inches, or up to approximately 0.25 inches or more. The overall perimeter length of discontinuities along edge 412 (i.e., the portion of the perimeter interrupted by such discontinuities) may total approximately 5% to approximately 30% of the perimeter length, approximately 25% to approximately 75% of the perimeter length , or more. The overall area of discontinuities in face 416 (i.e., the portion of the surface area of the face interrupted by such discontinuities) may amount to approximately 5% to approximately 30% of the surface area of face 416, approximately 25% to approximately 75% of the surface area, or more. The discontinuities may be distributed uniformly over the perimeter of the edge 412 or uniformly across the face 416, or may be increased or concentrated in portions of the perimeter of the edge 412 (e.g., increased or concentrated in the center of each of the 4 quadrants) or portions of the area of face 416 (e.g., increased or concentrated in one band on face 416, near edge 412, or in multiple concentric bands, or increased or concentrated in other zones within face 416).

[0031] O eletrodo 408 pode ser fabricado por materiais similares aos materiais descritos em relação ao eletrodo 308 nas FIGURAS 3A-3B, como aço na família 41 (frequentemente designada como a família 41xx, por exemplo aço 4140), aço ligado a carbono, aço inoxidável, níquel e ligas de níquel, cobre e ligas de cobre, titânio e ligas de titânio, cromo e ligas de cromo, molibdênio e ligas de molibdênio, cerâmicas dopadas e suas combinações. Adicionalmente, as áreas do eletrodo 408 com condições de campo elétrico favoráveis ao início e/ou fim do arco podem ser revestidas ou feitas de um compósito com matriz de metal, como descrito nas FIGURAS 3A-3B.[0031] Electrode 408 may be manufactured from materials similar to the materials described in relation to electrode 308 in FIGURES 3A-3B, such as steel in family 41 (often designated as family 41xx, e.g. steel 4140), carbon alloy steel, stainless steel, nickel and nickel alloys, copper and copper alloys, titanium and titanium alloys, chromium and chromium alloys, molybdenum and molybdenum alloys, doped ceramics and their combinations. Additionally, areas of the electrode 408 with electric field conditions favorable to the start and/or end of the arc can be coated or made of a metal matrix composite, as described in FIGURES 3A-3B.

[0032] Embora as FIGURAS 4A-4B ilustrem um projeto de eletrodo particular com uma certa combinação de características, o eletrodo 408 pode usar qualquer combinação adequada de características para gerar um arco. Tais características podem incluir qualquer uma ou mais das características do eletrodo 308 mostrado nas FIGURAS 3A-3B e/ou do eletrodo 508 mostrado nas FIGURAS 5A-5B, como uma porta de fluxo do fluido, uma ou mais fendas e/ou uma mola.[0032] Although FIGURES 4A-4B illustrate a particular electrode design with a certain combination of characteristics, electrode 408 can use any suitable combination of characteristics to generate an arc. Such features may include any one or more of the features of the electrode 308 shown in FIGURES 3A-3B and/or the electrode 508 shown in FIGURES 5A-5B, such as a fluid flow port, one or more slits and/or a spring.

[0033] A FIGURA 5A é uma vista em perspectiva de um exemplo de eletrodo para uma broca de eletrotrituração de fundo do poço. A FIGURA 5B é uma vista em corte transversal do eletrodo mostrado na FIGURA 5A. O eletrodo 508 fornece uma função similar e tem características similares às do eletrodo 208 mostrado na FIGURA 2.[0033] FIGURE 5A is a perspective view of an example electrode for a downhole electrogrinding drill. FIGURE 5B is a cross-sectional view of the electrode shown in FIGURE 5A. The electrode 508 provides a similar function and has similar characteristics as the electrode 208 shown in FIGURE 2.

[0034] Como descrito a respeito da FIGURA 2, os contornos das transições entre as partes do eletrodo 208 afetam o campo elétrico em torno da broca de eletrotrituração. Por exemplo, a borda 512 pode ter um raio de curvatura acentuado, de modo que as condições na borda 512 são favoráveis para o início e/ou fim do arco. Em contraste, a transição 514, onde o corpo 517 une a haste 518 do eletrodo 508, pode ter um raio de curvatura suave, de modo que as condições do campo elétrico não são favoráveis para o início e/ou fim do arco.[0034] As described with respect to FIGURE 2, the contours of the transitions between parts of the electrode 208 affect the electric field around the electrogrinding drill. For example, the edge 512 may have a steep radius of curvature, so that conditions at the edge 512 are favorable for the beginning and/or end of the arc. In contrast, the transition 514, where the body 517 joins the rod 518 of the electrode 508, may have a smooth radius of curvature, so that the electric field conditions are not favorable for the beginning and/or end of the arc.

[0035] Similar ao eletrodo 408 mostrado nas FIGURAS 4A-4B, o eletrodo 508 pode incluir ainda um ou mais entalhes 522 ao longo da borda 512. A presença de entalhes 522 pode alterar o campo elétrico em torno do eletrodo 508 aumentando o campo elétrico perto do eletrodo 508. A borda 512 dos entalhes 522 pode ter um raio de curvatura acentuado para criar condições favoráveis para o início e/ou fim do arco fornecendo um perímetro maior do eletrodo 508 tendo um raio de curvatura acentuado do que o perímetro de uma borda lisa (como mostrado no eletrodo 308 na FIGURA 3A). Embora os entalhes 522 sejam mostrados em forma de U na FIGURA 5A, os entalhes 522 podem ter qualquer formato adequada incluindo triangular, retangular, poligonal, circular ou qualquer combinação destes.[0035] Similar to the electrode 408 shown in FIGURES 4A-4B, the electrode 508 may further include one or more notches 522 along the edge 512. The presence of notches 522 may alter the electric field around the electrode 508 by increasing the electric field near the electrode 508. The edge 512 of the notches 522 may have a steep radius of curvature to create favorable conditions for the start and/or end of the arc by providing a larger perimeter of the electrode 508 having a steep radius of curvature than the perimeter of a smooth edge (as shown at electrode 308 in FIGURE 3A). Although notches 522 are shown in a U-shape in FIGURE 5A, notches 522 may have any suitable shape including triangular, rectangular, polygonal, circular, or any combination thereof.

[0036] O eletrodo 508 pode ser fabricado por materiais similares aos materiais descritos em relação ao eletrodo 308 nas FIGURAS 3A-3B, como aço na família 41 (frequentemente designada como a família 41xx, por exemplo aço 4140), aço ligado a carbono, aço inoxidável, níquel e ligas de níquel, cobre e ligas de cobre, titânio e ligas de titânio, cromo e ligas de cromo, molibdênio e ligas de molibdênio, cerâmicas dopadas e suas combinações. Adicionalmente, as áreas do eletrodo 508 com condições de campo elétrico favoráveis ao início e/ou fim do arco podem ser revestidas ou feitas de um compósito com matriz de metal, como explicado nas FIGURAS 3A-3B.[0036] Electrode 508 may be manufactured from materials similar to the materials described in relation to electrode 308 in FIGURES 3A-3B, such as steel in family 41 (often designated as family 41xx, for example steel 4140), carbon alloy steel, stainless steel, nickel and nickel alloys, copper and copper alloys, titanium and titanium alloys, chromium and chromium alloys, molybdenum and molybdenum alloys, doped ceramics and their combinations. Additionally, areas of the electrode 508 with electric field conditions favorable to the beginning and/or end of the arc can be coated or made of a metal matrix composite, as explained in FIGURES 3A-3B.

[0037] O eletrodo 508 pode incluir ainda uma ou mais fendas 519 que facilitam o fluxo do fluido de eletrotrituração em torno do eletrodo 508. Algumas fendas 519 podem ser canais na face 516 do eletrodo 508, como mostrado pela fenda 519a na FIGURA 5B, que se estende parcialmente através do corpo 517. Outras fendas 519 podem estender-se através do corpo 517, como mostrado pela fenda 519b na FIGURA 5B. O eletrodo 508 pode ter qualquer combinação de fendas 519. A borda 520 de cada fenda 519 pode ter um raio de curvatura acentuado para criar condições favoráveis no campo elétrico para o início e/ou fim do arco.[0037] The electrode 508 may further include one or more slits 519 that facilitate the flow of electrogrinding fluid around the electrode 508. Some slits 519 may be channels in the face 516 of the electrode 508, as shown by the slit 519a in FIGURE 5B, which extends partially through body 517. Other slits 519 may extend through body 517, as shown by slit 519b in FIGURE 5B. The electrode 508 may have any combination of slots 519. The edge 520 of each slot 519 may have a steep radius of curvature to create favorable conditions in the electric field for the initiation and/or termination of the arc.

[0038] O eletrodo 508 pode incluir ainda um dispositivo de polarização que empurra o eletrodo 508 para longe da coluna de perfuração e entra em contato com a rocha através da qual a broca de eletrotrituração está perfurando. Por exemplo, como mostrado na FIGURA 5, o eletrodo 508 inclui a mola interna 524. A mola 524 pode estar localizada em uma porta de fluxo do fluido, como a porta de fluxo do fluido 309 mostrada na FIGURA 3B, ou um soquete de fixação de parafuso como descrito com referência às FIGURAS 3A-3B. A ação da mola 524 pode então mover o eletrodo 508 em um sentido afastado da coluna de perfuração e em direção à rocha, de modo que a face 516 mantenha contato com a rocha durante a operação de perfuração por eletrotrituração. Em algumas brocas de eletrotrituração, a mola 524 pode ser substituída pelo pistão 525 (como mostrado na FIGURA 5C) e/ou um dispositivo magnético que faz com que a face 516 mantenha contato com a rocha. O pistão 525 pode ser ativado pela pressão do fluido de eletrotrituração na coluna de perfuração. O dispositivo magnético pode ser ativado usando os pulsos da corrente enviada ao eletrodo 508.[0038] The electrode 508 may further include a biasing device that pushes the electrode 508 away from the drill string and into contact with the rock through which the electrogrinding bit is drilling. For example, as shown in FIGURE 5, electrode 508 includes internal spring 524. Spring 524 may be located in a fluid flow port, such as fluid flow port 309 shown in FIGURE 3B, or a clamping socket. screw as described with reference to FIGURES 3A-3B. The action of the spring 524 can then move the electrode 508 in a direction away from the drill string and toward the rock so that the face 516 maintains contact with the rock during the electrocrushing drilling operation. In some electrocrushing drills, spring 524 may be replaced by piston 525 (as shown in FIGURE 5C) and/or a magnetic device that causes face 516 to maintain contact with the rock. The 525 piston can be activated by the pressure of the electrocrushing fluid in the drill string. The magnetic device can be activated using pulses of current sent to electrode 508.

[0039] Embora as FIGURAS 5A-5C ilustrem um projeto de eletrodo particular com uma certa combinação de características, o eletrodo 508 pode usar qualquer combinação adequada de características para gerar um arco. Tais características podem incluir qualquer uma ou mais das características do eletrodo 308 ou eletrodo 408 mostrados nas FIGURAS 3A-4B, como uma porta de fluxo de fluido.[0039] Although FIGURES 5A-5C illustrate a particular electrode design with a certain combination of characteristics, electrode 508 can use any suitable combination of characteristics to generate an arc. Such features may include any one or more of the features of electrode 308 or electrode 408 shown in FIGURES 3A-4B, such as a fluid flow port.

[0040] A FIGURA 6A é uma vista em perspectiva de um exemplo de um anel de aterramento para uma broca de eletrotrituração de fundo do poço. A FIGURA 6B é uma vista em corte do anel de aterramento mostrado na FIGURA 6A. O anel de aterramento 650 fornece uma função similar e tem características similares às do anel de aterramento 250 mostrado na FIGURA 2.[0040] FIGURE 6A is a perspective view of an example of a ground ring for a downhole electrogrinding bit. FIGURE 6B is a cross-sectional view of the grounding ring shown in FIGURE 6A. The grounding ring 650 provides a similar function and has similar characteristics as the grounding ring 250 shown in FIGURE 2.

[0041] A forma do anel de aterramento 650 pode ser selecionada para alterar a forma do campo elétrico que envolve a broca de eletrotrituração durante a perfuração por eletrotrituração. Por exemplo, o campo elétrico que envolve a broca de eletrotrituração pode ser concebido de modo que o arco inicie em um eletrodo e termine no anel de aterramento 650 ou vice-versa, de modo que o arco inicie no anel de aterramento 650 e termine no eletrodo. O campo elétrico muda com base na forma dos contornos das bordas do anel de aterramento 650. Por exemplo, a borda 662 de fundo de poço pode ter um raio de curvatura acentuado, de modo que as condições na borda 662 de fundo de poço são favoráveis para o início e/ou fim do arco. Adicionalmente, a borda 662 de fundo de poço pode ser uma porção distal do anel de aterramento 650 que engata com uma porção do poço de exploração, tal como poço de exploração 116 mostrado na FIGURA 1. A curva 665 no perímetro interno do anel de aterramento 650 pode ter um raio de curvatura suave, de modo que as condições do campo elétrico na curva 665 não são favoráveis para o início e/ou fim do arco. Um raio de curvatura de uma transição é o raio de um círculo do qual o arco da transição é uma parte. A título de exemplo, um raio de curvatura acentuado pode ser um raio que varia de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,15 polegada, tal como aproximadamente 0,094 polegada e um raio de curvatura suave pode ter um raio que varia de aproximadamente 0,20 a aproximadamente 1,0 polegada ou mais, tal como aproximadamente 1,0 polegada ou mais, tal como aproximadamente 0,25 polegada, aproximadamente 0,5 polegada, aproximadamente 0,75 polegada ou aproximadamente 1,0 polegada. O raio suave pode ser determinado com base na geometria das estruturas circundantes na broca de eletrotrituração 114 e na forma do campo elétrico para uma determinada operação de perfuração por eletrotrituração. Por exemplo, os campos elétricos no eletrodo 208 podem ser uma função da geometria do anel de aterramento 250 e da geometria e material do isolante 210. Por exemplo, o raio da borda do eletrodo 208 e a forma do eletrodo 208 podem afetar a interação da broca de eletrotrituração 114 com a rocha. Adicionalmente, a estrutura do anel de aterragem 250 pode ser ajustada para alterar a distribuição do campo elétrico no eletrodo 208. Além disso, o material usado para formar o isolante 210 e a configuração do isolante 210 podem ser ajustados para mudar o campo elétrico no eletrodo 208. Em alguns exemplos, a constante dielétrica do fluido de perfuração de eletrotrituração e a geometria dos fragmentos de rocha e do poço durante o processo de perfuração podem afetar a distribuição instantânea do campo elétrico no eletrodo 208. As características do anel de aterramento 650 que têm um raio de curvatura acentuado podem ter um raio de curvatura acentuado igual ou diferente do que as características no eletrodo com um raio de curvatura acentuado.[0041] The shape of the ground ring 650 can be selected to change the shape of the electric field surrounding the electrogrinding bit during electrocrushing drilling. For example, the electric field surrounding the electrogrinding bit may be designed so that the arc starts at an electrode and ends at the ground ring 650 or vice versa, so that the arc starts at the ground ring 650 and ends at the electrode. The electric field changes based on the shape of the contours of the edges of the ground ring 650. For example, the downhole edge 662 may have a steep radius of curvature, so that conditions at the downhole edge 662 are favorable to the beginning and/or end of the arc. Additionally, the downhole edge 662 may be a distal portion of the grounding ring 650 that engages with a portion of the wellbore, such as the wellbore 116 shown in FIGURE 1. The bend 665 on the inner perimeter of the grounding ring 650 may have a smooth radius of curvature, so that the electric field conditions at curve 665 are not favorable for the beginning and/or end of the arc. A radius of curvature of a transition is the radius of a circle of which the arc of the transition is a part. By way of example, a sharp radius of curvature may be a radius ranging from approximately 0.05 to approximately 0.15 inch, such as approximately 0.094 inch, and a smooth radius of curvature may have a radius ranging from approximately 0.20 to approximately 1.0 inch or more, such as approximately 1.0 inch or more, such as approximately 0.25 inch, approximately 0.5 inch, approximately 0.75 inch or approximately 1.0 inch. The smooth radius can be determined based on the geometry of the surrounding structures in the electro-crunch drill 114 and the shape of the electric field for a given electro-crunch drilling operation. For example, the electric fields at electrode 208 may be a function of the geometry of the ground ring 250 and the geometry and material of the insulator 210. For example, the edge radius of the electrode 208 and the shape of the electrode 208 may affect the interaction of the electrocrushing drill 114 with the rock. Additionally, the structure of the grounding ring 250 can be adjusted to change the distribution of the electric field at the electrode 208. Additionally, the material used to form the insulator 210 and the configuration of the insulator 210 can be adjusted to change the electric field at the electrode. 208. In some examples, the dielectric constant of the electrogrinding drilling fluid and the geometry of the rock fragments and wellbore during the drilling process may affect the instantaneous distribution of the electric field at the electrode 208. The characteristics of the ground ring 650 that have a steep radius of curvature may have a steep radius of curvature that is the same or different than the features on the electrode with a steep radius of curvature.

[0042] O anel de aterramento 650 pode incluir uma ou mais portas de fluxo do fluido 660 no perímetro externo do anel de aterramento 650 para direcionar o fluido de eletrotrituração ao redor de um eletrodo, para fora do campo de perfuração, e na superfície do poço para limpar detritos do campo de eletrotrituração. O número e a colocação de portas de fluxo do fluido 660 podem ser determinados com base nos requisitos de fluxo da operação de perfuração por eletrotrituração. Por exemplo, o número e/ou o tamanho das portas de fluxo de fluido 660 podem aumentar para fornecer uma vazão do fluido mais rápida e/ou maior volume de fluxo do fluido. A borda 668 de cada porta do fluxo de fluido 660 pode ter um raio de curvatura suave, de modo que as condições do campo elétrico na borda 668 de cada porta de fluxo de fluido 660 não são favoráveis para o início e/ou fim do arco.[0042] The ground ring 650 may include one or more fluid flow ports 660 on the outer perimeter of the ground ring 650 to direct electrogrinding fluid around an electrode, out of the drill field, and onto the surface of the pit to clean debris from the electroshredding field. The number and placement of fluid flow ports 660 can be determined based on the flow requirements of the electrocrushing drilling operation. For example, the number and/or size of fluid flow ports 660 may be increased to provide faster fluid flow rate and/or greater fluid flow volume. The edge 668 of each fluid flow port 660 may have a smooth radius of curvature, such that the electric field conditions at the edge 668 of each fluid flow port 660 are not favorable for the start and/or end of the arc. .

[0043] O anel de aterramento 650 pode ser fabricado por materiais que podem resistir às condições no poço de exploração e suportar a força descendente a partir dos componentes de perfuração da superfície do poço, como aço na família 41 (frequentemente designada como a família 41xx, por exemplo aço 4140), aço ligado a carbono, aço inoxidável, níquel e ligas de níquel, cobre e ligas de cobre, titânio e ligas de titânio, cromo e ligas de cromo, molibdênio e ligas de molibdênio, cerâmicas dopadas e suas combinações. Como descrito a respeito do eletrodo 308, quando um arco inicia ou termina no anel de aterramento 650, a temperatura no ponto de início ou fim aumenta de modo que a temperatura funde a superfície do eletrodo 650. Quando a onda de choque atinge a superfície fundida do anel de aterramento 650, uma porção da superfície fundida pode se separar do resto do anel de aterramento 650 e ser transportada para a superfície do poço com o fluido de eletrotrituração. Portanto, para evitar perda de material, as áreas do anel de aterramento 650 com condições de campo elétrico favoráveis ao início e/ou fim do arco podem ser revestidas ou feitas de um compósito com matriz de metal, como descrito nas FIGURAS 3A-3B.[0043] The ground ring 650 may be manufactured from materials that can withstand the conditions in the wellbore and withstand downward force from the well surface drilling components, such as steel in the 41 family (often referred to as the 41xx family , e.g. 4140 steel), carbon alloy steel, stainless steel, nickel and nickel alloys, copper and copper alloys, titanium and titanium alloys, chromium and chromium alloys, molybdenum and molybdenum alloys, doped ceramics and combinations thereof . As described with respect to electrode 308, when an arc starts or ends at ground ring 650, the temperature at the starting or ending point increases so that the temperature melts the surface of electrode 650. When the shock wave reaches the molten surface of the ground ring 650, a portion of the molten surface may separate from the rest of the ground ring 650 and be transported to the well surface with the electrogrinding fluid. Therefore, to prevent loss of material, areas of the ground ring 650 with electric field conditions favorable to the start and/or end of the arc can be coated or made of a metal matrix composite, as described in FIGURES 3A-3B.

[0044] O anel de aterramento 650 pode ainda incluir roscas 670 ao longo do diâmetro interno do anel de aterramento 650. As roscas 670 podem engatar com as roscas correspondentes em uma porção de uma broca de eletrotrituração, de modo que o anel de aterramento 650 é substituível durante a operação de perfuração por eletrotrituração. O anel de aterramento 650 pode ser substituído se o anel de aterramento 650 for danificado por erosão ou fadiga durante uma operação de perfuração por eletrotrituração.[0044] The ground ring 650 may further include threads 670 along the inner diameter of the ground ring 650. The threads 670 may engage with corresponding threads on a portion of an electrogrinding bit, so that the ground ring 650 It is replaceable during the electrocrushing drilling operation. The ground ring 650 may be replaced if the ground ring 650 is damaged by erosion or fatigue during an electrocrushing drilling operation.

[0045] A espessura da parede 672 do anel de aterramento 650 pode se basear no diâmetro do anel de aterramento 650 e/ou no peso dos componentes da superfície do poço do sistema de perfuração por eletrotrituração que estão exercendo força descendente no anel de aterramento 650. Por exemplo, a espessura da parede 672 pode variar de aproximadamente 0,25 polegada a aproximadamente 2 polegadas. A espessura da parede 672 pode se basear no diâmetro do anel de aterramento 650, de modo que a espessura da parede 672 aumente à medida que o diâmetro do anel de aterramento 650 aumenta. Adicionalmente, a espessura da parede 672 pode afunilar de modo que a espessura seja a menor na borda 662 do fundo do poço e a maior entre a curva 664 e a curva 665. Por exemplo, a espessura da parede 672 pode ser de aproximadamente 0,3 polegada na borda 662 do fundo do poço e aumentar para aproximadamente 0,8 polegada entre a curva 664 e a curva 665. O afunilamento da espessura da parede 672 pode fornecer uma folga anular para o fluxo do fluido de eletrotrituração para limpar os detritos entre a composição de fundo à qual a broca de eletrotrituração está fixada e a parede interna do poço de exploração.[0045] The thickness of the wall 672 of the ground ring 650 may be based on the diameter of the ground ring 650 and/or the weight of the well surface components of the electrocrunch drilling system that are exerting downward force on the ground ring 650 For example, the thickness of wall 672 may vary from approximately 0.25 inches to approximately 2 inches. The thickness of the wall 672 may be based on the diameter of the ground ring 650, such that the thickness of the wall 672 increases as the diameter of the ground ring 650 increases. Additionally, the thickness of the wall 672 may taper so that the thickness is the smallest at the edge 662 of the bottom of the well and the largest between the bend 664 and the bend 665. For example, the thickness of the wall 672 may be approximately 0. 3 inch at edge 662 of the bottom of the well and increase to approximately 0.8 inch between bend 664 and bend 665. Tapering the thickness of wall 672 can provide an annular clearance for the flow of electrogrinding fluid to clear debris between the bottom composition to which the electrocrushing bit is attached and the inner wall of the exploration well.

[0046] O diâmetro 674 do anel de aterramento 650 pode se basear no diâmetro do poço de exploração e na folga anular entre o poço de exploração e a composição de fundo à qual a broca de eletrotrituração está presa. O diâmetro do eletrodo dentro do anel de aterramento 650 na broca de eletrotrituração pode ser selecionado para perfurar um tipo particular de formação. Por exemplo, o diâmetro do eletrodo pode ser selecionado para otimizar o campo elétrico ao redor da broca de eletrotrituração e fornecer espaço de fluxo para o fluido de eletrotrituração. O anel de aterramento 650 pode ter um diâmetro externo igual ao calibre do poço de exploração a ser perfurado pela broca de eletrotrituração ou pode ter um diâmetro externo ligeiramente menor que o calibre do poço de exploração a ser perfurado. Por exemplo, o diâmetro externo do anel de aterramento 650 pode ser pelo menos 0,03 polegada ou pelo menos 0,5 polegada menor que o calibre do poço de exploração a ser perfurado. Em alguns exemplos, o anel de aterramento 650 pode ter características no diâmetro interno do anel de aterramento 650, como a curva 665, pode ter um raio suave enquanto as características no diâmetro externo do anel de aterramento 650, como a curva 664, podem ter um raio acentuado de forma que a broca de eletrotrituração cria um poço de exploração com calibre maior durante uma operação de perfuração.[0046] The diameter 674 of the ground ring 650 may be based on the diameter of the wellbore and the annular clearance between the wellbore and the bottom composition to which the electrogrinding bit is attached. The diameter of the electrode within the ground ring 650 in the electrogrinding bit can be selected to drill a particular type of formation. For example, the electrode diameter can be selected to optimize the electric field around the electrogrinding bit and provide flow space for the electrogrinding fluid. The ground ring 650 may have an outer diameter equal to the caliber of the exploration well to be drilled by the electrocrunch bit or may have an outer diameter slightly smaller than the caliber of the exploration well to be drilled. For example, the outer diameter of the ground ring 650 may be at least 0.03 inch or at least 0.5 inch smaller than the caliber of the exploration well to be drilled. In some examples, the ground ring 650 may have features on the inner diameter of the ground ring 650, such as curve 665, may have a smooth radius while features on the outer diameter of the ground ring 650, such as curve 664, may have a sharp radius so that the electrocrunch bit creates a larger borehole during a drilling operation.

[0047] Durante a operação de perfuração por eletrotrituração, o eletrodo e o anel de aterramento 650 podem ter polaridades opostas para criar condições de campo elétrico de modo que os arcos iniciem no eletrodo e terminem no anel de aterramento ou vice-versa, de modo que os arcos iniciem no anel de aterramento 650 e terminem no eletrodo. Por exemplo, o eletrodo pode ter uma polaridade positiva, enquanto o anel de aterramento 650 tem uma polaridade negativa.[0047] During the electrocrushing drilling operation, the electrode and ground ring 650 may have opposite polarities to create electric field conditions such that arcs begin at the electrode and terminate at the ground ring or vice versa, so that the arcs begin at the grounding ring 650 and end at the electrode. For example, the electrode may have a positive polarity, while the grounding ring 650 has a negative polarity.

[0048] A FIGURA 7 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos e um anel de aterramento. A broca de eletrotrituração 714 pode incluir múltiplos eletrodos 708. Os eletrodos 708 podem ser similares ao eletrodo 208, mostrado na FIGURA 2 e podem ter qualquer uma das características dos eletrodos 308, 408 e/ou 508, mostrados nas FIGURAS 3A-5B, tais como entalhes, ondulações, serrilha ou outras descontinuidades. Por exemplo, enquanto os eletrodos 708 são mostrados em forma de haste na FIGURA 7, os eletrodos 708 podem ter uma forma cônica. Os eletrodos 708 podem ter diferentes voltagens aplicadas a cada eletrodo 708 quando a energia elétrica é aplicada aos eletrodos 708. Por exemplo, o anel de aterramento 750 e o eletrodo 708a podem estar no potencial de aterramento e os eletrodos 708b podem ter uma voltagem de pico de 150 kV.[0048] FIGURE 7 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes and a ground ring. The electrogrinding bit 714 may include multiple electrodes 708. The electrodes 708 may be similar to the electrode 208 shown in FIGURE 2 and may have any of the characteristics of the electrodes 308, 408 and/or 508 shown in FIGURES 3A-5B, such such as notches, ripples, serrations, or other discontinuities. For example, while electrodes 708 are shown in a rod shape in FIGURE 7, electrodes 708 may have a conical shape. The electrodes 708 may have different voltages applied to each electrode 708 when electrical energy is applied to the electrodes 708. For example, the grounding ring 750 and the electrode 708a may be at ground potential and the electrodes 708b may have a peak voltage 150 kV.

[0049] A broca de eletrotrituração 714 pode incluir, adicionalmente, o isolador sólido 710 e o anel de aterramento 750. O isolador sólido 710 pode ser similar ao isolador sólido 210 mostrado na FIGURA 2. O anel de aterramento 750 pode ser similar ao anel de aterramento 250 mostrado na FIGURA 2 e pode ter qualquer uma das características do anel de aterramento 650 mostrado nas FIGURAS 6A-6B.[0049] The electrogrinding bit 714 may additionally include the solid insulator 710 and the grounding ring 750. The solid insulator 710 may be similar to the solid insulator 210 shown in FIGURE 2. The grounding ring 750 may be similar to the ring grounding ring 250 shown in FIGURE 2 and may have any of the characteristics of the grounding ring 650 shown in FIGURES 6A-6B.

[0050] As características de uma broca de eletrotrituração descrita em relação às FIGURAS 1-6B podem ser combinadas em qualquer configuração. Por exemplo, a FIGURA 8 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos dispostos em múltiplas fileiras com um anel de aterramento externo e um anel de aterramento intermediário. A broca de eletrotrituração 814 pode incluir múltiplos eletrodos 808. Os eletrodos 808 podem ser similares ao eletrodo 708, mostrado na FIGURA 7 e podem ter qualquer uma das características dos eletrodos 308, 408 e/ou 508, mostrados nas FIGURAS 3A-5B, tais como entalhes, ondulações, serrilha ou outras descontinuidades. Por exemplo, enquanto os eletrodos 708 são mostrados em forma de haste na FIGURA 7, os eletrodos 808 podem ter uma forma cônica. Os eletrodos 808 podem ser moldados para facilitar o fluxo do fluido, incluindo uma forma afunilada ou aerofólio. Os eletrodos 808b podem estar dispostos em um padrão de uma ou mais fileiras circulares em torno do eletrodo central 808a. Os eletrodos 808 podem ter voltagens diferentes aplicadas a diferentes conjuntos de eletrodos quando o pulso elétrico é aplicado aos eletrodos 808. Por exemplo, o anel de aterramento externo 850b, o anel de aterramento intermediário 850a e o eletrodo central 808a podem estar no potencial de aterramento e os eletrodos 808b e 808c podem ter uma voltagem de pico de aproximadamente 150 kV.[0050] The characteristics of an electrogrinding drill described in relation to FIGURES 1-6B can be combined in any configuration. For example, FIGURE 8 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes arranged in multiple rows with an outer ground ring and an intermediate ground ring. The electrogrinding bit 814 may include multiple electrodes 808. The electrodes 808 may be similar to the electrode 708 shown in FIGURE 7 and may have any of the characteristics of the electrodes 308, 408 and/or 508 shown in FIGURES 3A-5B, such such as notches, ripples, serrations, or other discontinuities. For example, while electrodes 708 are shown in a rod shape in FIGURE 7, electrodes 808 may have a conical shape. The electrodes 808 may be shaped to facilitate fluid flow, including a tapered or airfoil shape. The electrodes 808b may be arranged in a pattern of one or more circular rows around the central electrode 808a. The electrodes 808 may have different voltages applied to different sets of electrodes when the electrical pulse is applied to the electrodes 808. For example, the outer ground ring 850b, the middle ground ring 850a, and the center electrode 808a may be at ground potential and electrodes 808b and 808c can have a peak voltage of approximately 150 kV.

[0051] A broca de eletrotrituração 814 pode incluir, adicionalmente, anéis de aterramento 850a e 850b. O anel de aterramento 850b pode ser similar ao anel de aterramento 250 mostrado na FIGURA 2 e pode ter qualquer uma das características do anel de aterramento 650 mostrado nas FIGURAS 6A-6B. O anel de aterramento 850a pode ter portas retangulares, portas circulares ou portas de outras formas geométricas.[0051] The electrogrinding bit 814 may additionally include ground rings 850a and 850b. The ground ring 850b may be similar to the ground ring 250 shown in FIGURE 2 and may have any of the characteristics of the ground ring 650 shown in FIGURES 6A-6B. The 850a grounding ring may have rectangular ports, circular ports, or ports of other geometric shapes.

[0052] A broca de eletrotrituração 814 pode ser capaz executar uma perfuração direcional controlada eletricamente. Uma porção, por exemplo, aproximadamente um terço, dos eletrodos 808 na FIGURA 8, pode estar eletricamente conectada e pode disparar em uma taxa de repetição maior do que os outros eletrodos 808, por exemplo aproximadamente dois terços dos eletrodos 808. A broca de eletrotrituração 814 pode girar em direção aos eletrodos de taxa de repetição lenta. Desta maneira, a broca de eletrotrituração 814 pode ser usada para conduzir eletricamente a broca durante as operações de perfuração, controlando, de forma independente, a taxa de repetição de grupos de eletrodos 808.[0052] The electromilling drill 814 may be capable of performing electrically controlled directional drilling. A portion, e.g., approximately one-third, of the electrodes 808 in FIGURE 8, may be electrically connected and may fire at a higher repetition rate than the other electrodes 808, e.g., approximately two-thirds of the electrodes 808. The electrogrinding drill 814 can rotate toward slow repetition rate electrodes. In this way, the electrogrinding bit 814 can be used to electrically drive the bit during drilling operations by independently controlling the repetition rate of groups of electrodes 808.

[0053] A FIGURA 9 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos, um anel de aterramento externo e um anel de aterramento intermediário atravessando o anel de aterramento externo para dividir a broca em três regiões. A broca de eletrotrituração 914 pode incluir múltiplos eletrodos 908. Os eletrodos 908 estão dispostos em três grupos dentro de cada um dos três segmentos formados pelo anel de aterramento transversal. Os eletrodos 908 podem ser similares ao eletrodo 808 ou 708, mostrados nas FIGURAS 7 e 8 e podem ter qualquer uma das características dos eletrodos 308, 408 e/ou 508, mostrados nas FIGURAS 3A- 5B, tais como entalhes, ondulações, serrilha ou outras descontinuidades. Por exemplo, enquanto os eletrodos 708 são mostrados em forma de haste na FIGURA 7, os eletrodos 908 podem ter uma forma cônica. Os eletrodos 908 podem ser moldados para facilitar o fluxo do fluido, incluindo uma forma afunilada ou aerofólio. Os eletrodos 908 podem ter voltagens diferentes aplicadas a diferentes grupos de eletrodos quando o pulso elétrico é aplicado aos eletrodos 908. Por exemplo, o anel de aterramento externo 950a e a estrutura de aterramento transversal 950b podem estar no potencial de aterramento e os eletrodos 908 podem ter uma voltagem de pico de aproximadamente 150 kV. Enquanto os eletrodos 908 são mostrados na FIGURA 9 como dispostos em três segmentos, os eletrodos 908 podem estar dispostos em mais ou menos segmentos.[0053] FIGURE 9 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes, an outer ground ring, and an intermediate ground ring traversing the outer ground ring to divide the drill into three regions. The electrogrinding bit 914 may include multiple electrodes 908. The electrodes 908 are arranged in three groups within each of the three segments formed by the transverse ground ring. Electrodes 908 may be similar to electrode 808 or 708 shown in FIGURES 7 and 8 and may have any of the characteristics of electrodes 308, 408 and/or 508 shown in FIGURES 3A-5B, such as notches, dimples, serration or other discontinuities. For example, while electrodes 708 are shown in a rod shape in FIGURE 7, electrodes 908 may have a conical shape. The electrodes 908 may be shaped to facilitate fluid flow, including a tapered or airfoil shape. The electrodes 908 may have different voltages applied to different groups of electrodes when the electrical pulse is applied to the electrodes 908. For example, the outer grounding ring 950a and the transverse grounding structure 950b may be at grounding potential and the electrodes 908 may have a peak voltage of approximately 150 kV. While electrodes 908 are shown in FIGURE 9 as arranged in three segments, electrodes 908 may be arranged in more or fewer segments.

[0054] A broca de eletrotrituração 914 pode incluir, adicionalmente, o anel de aterramento externo 950a e a estrutura de aterramento transversal 950b. O anel de aterramento 950 pode ser similar ao anel de aterramento 250 mostrado na FIGURA 2 e pode ter qualquer uma das características do anel de aterramento 650 mostrado nas FIGURAS 6A-6B. O anel de aterramento 950a e a estrutura de aterramento transversal 950b podem ter portas retangulares, portas circulares ou portas de outras formas geométricas.[0054] The electrogrinding bit 914 may additionally include the outer ground ring 950a and the transverse ground structure 950b. The ground ring 950 may be similar to the ground ring 250 shown in FIGURE 2 and may have any of the characteristics of the ground ring 650 shown in FIGURES 6A-6B. The grounding ring 950a and the transverse grounding structure 950b may have rectangular ports, circular ports, or ports of other geometric shapes.

[0055] A broca de eletrotrituração 914 pode ser capaz executar uma perfuração direcional controlada eletricamente. Um grupo de eletrodos 908 dentro de um segmento formado pela estrutura de aterramento transversal 950b pode disparar em uma taxa de repetição maior do que a dos outros grupos de eletrodos 908. A broca de eletrotrituração 914 pode girar em direção aos eletrodos 908 disparando em uma taxa de repetição lenta. Desta maneira, a broca de eletrotrituração 914 pode ser usada para conduzir eletricamente a broca durante as operações de perfuração, controlando, de forma independente, a taxa de repetição de grupos de eletrodos 908.[0055] The electromilling drill 914 may be capable of performing electrically controlled directional drilling. A group of electrodes 908 within a segment formed by the transverse ground structure 950b may fire at a greater repetition rate than that of the other groups of electrodes 908. The electrogrinding bit 914 may rotate toward the electrodes 908 firing at a rate slow repetition. In this way, the electrogrinding bit 914 can be used to electrically drive the bit during drilling operations by independently controlling the repetition rate of electrode groups 908.

[0056] A FIGURA 10 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração que inclui vários eletrodos, um anel de aterramento externo e um anel de aterramento intermediário que atravessa o anel de aterramento externo para dividir a broca de eletrotrituração em nove regiões. Cada uma das nove regiões engloba eletrodo em forma de cunha 1008. A broca de eletrotrituração 1014 pode incluir múltiplos eletrodos 1008. Os eletrodos 1008 podem estar dispostos em grupos. Por exemplo, a broca de eletrotrituração 1014 inclui três grupos de três eletrodos 1008 cada dentro de cada um dos nove segmentos formados pelo anel de aterramento transversal 1050. Cada um dos eletrodos 1008 pode ter a mesma forma ou pode ter formas diferentes, como mostrado na FIGURA 10. Na FIGURA 10, os eletrodos 1008 são mostrados em forma de cunha, de modo que os eletrodos 1008 se encaixam nos segmentos em forma de cunha formados pela estrutura de aterramento transversal 1050b. Alternativamente, os eletrodos 1008 podem ter uma forma elíptica ou uma combinação de linhas curvas e retas para que se encaixem nos segmentos formados pela estrutura de aterramento transversal 1050b. Os eletrodos 1008 podem ter voltagens diferentes aplicadas a diferentes grupos de eletrodos em momentos diferentes para fornecer a função de perfuração. Por exemplo, o anel de aterramento 1050a e a estrutura de aterramento transversal 1050b podem estar no potencial de aterramento e os eletrodos 1008 podem ter uma voltagem de pico de aproximadamente 150 kV. Enquanto a FIGURA 10 mostra uma configuração de múltiplos eletrodos que consiste em nove segmentos e nove eletrodos 1008, a broca de eletrotrituração 1014 pode ter uma configuração que consiste em seis eletrodos, oito eletrodos, doze eletrodos ou algum outro número de eletrodos 1008 de acordo com os parâmetros da operação de perfuração.[0056] FIGURE 10 is a perspective view of an electrogrinding drill that includes multiple electrodes, an outer ground ring, and an intermediate ground ring that passes through the outer ground ring to divide the electrogrinding bit into nine regions. Each of the nine regions encompasses a wedge-shaped electrode 1008. The electrogrinding bit 1014 may include multiple electrodes 1008. The electrodes 1008 may be arranged in groups. For example, the electrogrinding bit 1014 includes three groups of three electrodes 1008 each within each of the nine segments formed by the transverse ground ring 1050. Each of the electrodes 1008 may have the same shape or may have different shapes, as shown in FIGURE 10. In FIGURE 10, the electrodes 1008 are shown in a wedge shape, so that the electrodes 1008 fit into the wedge-shaped segments formed by the transverse grounding structure 1050b. Alternatively, the electrodes 1008 may have an elliptical shape or a combination of curved and straight lines so that they fit into the segments formed by the transverse grounding structure 1050b. The electrodes 1008 may have different voltages applied to different groups of electrodes at different times to provide the piercing function. For example, the ground ring 1050a and the transverse ground structure 1050b may be at ground potential and the electrodes 1008 may have a peak voltage of approximately 150 kV. While FIGURE 10 shows a multi-electrode configuration consisting of nine segments and nine electrodes 1008, the electrogrinding drill 1014 may have a configuration consisting of six electrodes, eight electrodes, twelve electrodes, or some other number of electrodes 1008 in accordance with the parameters of the drilling operation.

[0057] A broca de eletrotrituração 1014 pode incluir, adicionalmente, estrutura de aterramento transversal 1050b como parte integrante ou separada do anel de aterramento externo 1050a. O anel de aterramento externo 1050a pode ser similar ao anel de aterramento 250 mostrado na FIGURA 2 e pode ter qualquer uma das características do anel de aterramento 650 mostrado nas FIGURAS 6A-6B. O anel de aterramento 1050a e o anel de aterramento transversal 1050b podem ter portas retangulares, portas circulares ou portas de outras formas geométricas.[0057] Electrogrinding bit 1014 may additionally include transverse grounding structure 1050b as an integral part or separate from external grounding ring 1050a. The external ground ring 1050a may be similar to the ground ring 250 shown in FIGURE 2 and may have any of the characteristics of the ground ring 650 shown in FIGURES 6A-6B. The grounding ring 1050a and the transverse grounding ring 1050b may have rectangular ports, circular ports, or ports of other geometric shapes.

[0058] A broca de eletrotrituração 1014 pode ser capaz executar uma perfuração direcional controlada eletricamente. Um grupo de eletrodos 1008 dentro de um grupo de segmento formado pela estrutura de aterramento transversal 1050b pode disparar em uma taxa de repetição maior do que a dos outros grupos de eletrodos 1008. A broca de eletrotrituração 1014 pode girar em direção aos eletrodos 1008 disparando em uma taxa de repetição lenta. Desta maneira, a broca de eletrotrituração 1014 pode ser usada para conduzir eletricamente a broca durante as operações de perfuração, controlando, de forma independente, a taxa de repetição de grupos de eletrodos 1008.[0058] The electromilling drill 1014 may be capable of performing electrically controlled directional drilling. An electrode group 1008 within a segment group formed by the transverse ground structure 1050b may fire at a higher repetition rate than that of the other electrode groups 1008. The electrogrinding bit 1014 may rotate toward the electrodes 1008 firing at a slow repetition rate. In this way, the electrogrinding bit 1014 can be used to electrically drive the bit during drilling operations, independently controlling the repetition rate of electrode groups 1008.

[0059] A FIGURA 11 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos localizados dentro de aberturas em uma estrutura de anel de aterramento. A broca de eletrotrituração 1114 pode incluir múltiplos eletrodos 1108. Os eletrodos 1108b podem estar localizados dentro de uma porta na estrutura do anel de aterramento 1150. Cada um dos eletrodos 1108 pode ter a mesma forma, como mostrado na FIGURA 11, ou pode ter formas diferentes. Os eletrodos 1108 podem ser similares ao eletrodo 808 ou 708, mostrados nas FIGURAS 7 e 8 e podem ter qualquer uma das características dos eletrodos 308, 408 e/ou 508, mostrados nas FIGURAS 3A-5B, tais como entalhes, ondulações, serrilha ou outras descontinuidades. Por exemplo, enquanto os eletrodos 1108 são mostrados em forma de haste na FIGURA 11, os eletrodos 1108 podem ter uma forma cônica. Os eletrodos 1108 podem ter voltagens diferentes aplicadas a diferentes grupos de eletrodos em momentos diferentes para fornecer a função de perfuração direcional. Por exemplo, a estrutura do anel de aterramento 1150 pode estar no potencial de aterramento e os eletrodos 1108 podem ter uma voltagem de pico de aproximadamente 150 kV. Enquanto a FIGURA 11 mostra uma configuração de múltiplos eletrodos que consiste em sete eletrodos 1108 dentro da estrutura de anel de aterramento 1150, a broca de eletrotrituração 1114 pode ter uma configuração que consiste em quatro eletrodos, dez eletrodos ou algum outro número de eletrodos 1108 de acordo com os parâmetros da operação de perfuração.[0059] FIGURE 11 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes located within openings in a ground ring structure. The electrogrinding bit 1114 may include multiple electrodes 1108. The electrodes 1108b may be located within a port in the ground ring structure 1150. Each of the electrodes 1108 may have the same shape, as shown in FIGURE 11, or may have similar shapes. many different. The electrodes 1108 may be similar to the electrode 808 or 708 shown in FIGURES 7 and 8 and may have any of the characteristics of the electrodes 308, 408 and/or 508 shown in FIGURES 3A-5B, such as notches, dimples, serration or other discontinuities. For example, while electrodes 1108 are shown in a rod shape in FIGURE 11, electrodes 1108 may have a conical shape. The electrodes 1108 may have different voltages applied to different groups of electrodes at different times to provide the directional drilling function. For example, the ground ring structure 1150 may be at ground potential and the electrodes 1108 may have a peak voltage of approximately 150 kV. While FIGURE 11 shows a multi-electrode configuration consisting of seven electrodes 1108 within the ground ring structure 1150, the electrogrinding bit 1114 may have a configuration consisting of four electrodes, ten electrodes, or some other number of electrodes 1108 of according to the parameters of the drilling operation.

[0060] A broca de eletrotrituração 1114 pode incluir, adicionalmente, estrutura de anel de aterramento 1150, que pode ser plana e perpendicular ao sentido do deslocamento da broca de eletrotrituração 1114. A estrutura do anel de terra 1150 também pode incluir porções curvas, como mostrado na FIGURA 11, para usar a broca de eletrotrituração 1114 durante a perfuração direcional.[0060] The electromilling bit 1114 may additionally include ground ring structure 1150, which may be flat and perpendicular to the direction of travel of the electromilling bit 1114. The ground ring structure 1150 may also include curved portions, such as shown in FIGURE 11, to use the 1114 electromilling bit during directional drilling.

[0061] A broca de eletrotrituração 1114 pode ser capaz executar uma perfuração direcional controlada eletricamente. Um ou mais eletrodos 1108 podem disparar em uma taxa de repetição maior do que a dos outros eletrodos 1108. A broca de eletrotrituração 1114 pode girar em direção aos eletrodos 1108 disparando em uma taxa de repetição lenta. Desta maneira, a broca de eletrotrituração 1114 pode ser usada para conduzir eletricamente a broca durante as operações de perfuração, controlando, de forma independente, a taxa de repetição de grupos de eletrodos 1108.[0061] The electromilling drill 1114 may be capable of performing electrically controlled directional drilling. One or more electrodes 1108 may fire at a higher repetition rate than the other electrodes 1108. The electrogrinding bit 1114 may rotate toward the electrodes 1108 firing at a slow repetition rate. In this way, the electrogrinding bit 1114 can be used to electrically drive the bit during drilling operations by independently controlling the repetition rate of electrode groups 1108.

[0062] A FIGURA 12 é uma vista em perspectiva de uma broca de eletrotrituração incluindo múltiplos eletrodos dispostos em filas, um eletrodo central e um anel de aterramento. A broca de eletrotrituração 1214 pode incluir vários eletrodos 1208b dispostos em uma fileira e o eletrodo central 1208a. Os eletrodos 1208 podem ser similares ao eletrodo 708, mostrado na FIGURA 7 e podem ter qualquer uma das características dos eletrodos 308, 408 e/ou 508, mostrados nas FIGURAS 3A-5B, tais como entalhes, ondulações, serrilha ou outras descontinuidades. Por exemplo, enquanto os eletrodos 1208 são mostrados em forma de haste na FIGURA 12, os eletrodos 1208 podem ter uma forma cônica. Os eletrodos 1208 podem ser moldados para facilitar o fluxo do fluido, incluindo uma forma afunilada ou aerofólio. Os eletrodos 1208 podem ter voltagens diferentes aplicadas a diferentes conjuntos de eletrodos 1208. Por exemplo, o anel de aterramento externo 1250 e o eletrodo central 1208a podem estar no potencial de aterramento e os eletrodos 1208b podem ter uma voltagem de pico de aproximadamente 150 kV.[0062] FIGURE 12 is a perspective view of an electrogrinding drill including multiple electrodes arranged in rows, a central electrode and a ground ring. The electrogrinding bit 1214 may include a plurality of electrodes 1208b arranged in a row and the central electrode 1208a. Electrodes 1208 may be similar to electrode 708 shown in FIGURE 7 and may have any of the characteristics of electrodes 308, 408 and/or 508 shown in FIGURES 3A-5B, such as notches, ripples, serrations or other discontinuities. For example, while electrodes 1208 are shown in a rod shape in FIGURE 12, electrodes 1208 may have a conical shape. The electrodes 1208 may be shaped to facilitate fluid flow, including a tapered or airfoil shape. The electrodes 1208 may have different voltages applied to different sets of electrodes 1208. For example, the outer ground ring 1250 and the center electrode 1208a may be at ground potential and the electrodes 1208b may have a peak voltage of approximately 150 kV.

[0063] A broca de eletrotrituração 1214 pode incluir, adicionalmente, anel de aterramento 1250. O anel de aterramento 1250 pode ser similar ao anel de aterramento 250 mostrado na FIGURA 2 e pode ter qualquer uma das características do anel de aterramento 650 mostrado nas FIGURAS 6A-6B. O anel de aterramento 1250 pode ter uma ou mais projeções 1252 embutidas no anel de aterramento 1250, como mostrado na FIGURA 12. As projeções 1252 podem ter a forma cilíndrica, como mostrado na FIGURA 12, ou quadrada, triangular, ou qualquer outra forma adequada que forneça o controle da taxa de perfuração.[0063] Electrogrinding bit 1214 may additionally include ground ring 1250. Ground ring 1250 may be similar to ground ring 250 shown in FIGURE 2 and may have any of the characteristics of ground ring 650 shown in FIGURES 6A-6B. The ground ring 1250 may have one or more projections 1252 embedded in the ground ring 1250, as shown in FIGURE 12. The projections 1252 may be cylindrical in shape, as shown in FIGURE 12, or square, triangular, or any other suitable shape. that provides drilling rate control.

[0064] A broca de eletrotrituração 1214 pode ser capaz executar uma perfuração direcional controlada eletricamente. Um ou mais eletrodos 1208 na FIGURA 12 podem estar eletricamente conectados e podem disparar em uma taxa de repetição maior do que a dos outros eletrodos 1208. A broca de eletrotrituração 1214 pode girar em direção aos eletrodos 1208 disparando em uma taxa de repetição lenta. Desta maneira, a broca de eletrotrituração 1214 pode ser usada para conduzir eletricamente a broca durante as operações de perfuração, controlando, de forma independente, a taxa de repetição de grupos de eletrodos 1208.[0064] The electromilling drill 1214 may be capable of performing electrically controlled directional drilling. One or more electrodes 1208 in FIGURE 12 may be electrically connected and may fire at a higher repetition rate than the other electrodes 1208. The electrogrinding bit 1214 may rotate toward the electrodes 1208 firing at a slow repetition rate. In this way, the electrogrinding bit 1214 can be used to electrically drive the bit during drilling operations by independently controlling the repetition rate of electrode groups 1208.

[0065] A FIGURA 13 é um fluxograma do exemplo de método para perfuração de um poço. O método 1300 pode começar e, na etapa 1310, uma broca pode ser colocada no fundo de um poço de exploração. Por exemplo, a broca 114 pode ser colocada no fundo do poço de exploração 116 como mostrado na FIGURA 1.[0065] FIGURE 13 is a flowchart of an example method for drilling a well. Method 1300 may begin, and in step 1310, a drill bit may be placed at the bottom of an exploration well. For example, drill bit 114 may be placed at the bottom of exploration well 116 as shown in FIGURE 1.

[0066] Na etapa 1320, o fluido de eletrotrituração pode ser fornecido ao campo de perfuração de fundo do poço através de uma abertura de fluxo do fluido no centro do eletrodo, juntamente com o fluxo de fluido no topo do eletrodo. Por exemplo, como descrito acima com referência à FIGURA 3, um eletrodo pode incluir uma abertura de fluxo de fluido aproximadamente no centro do eletrodo. O fluido de eletrotrituração pode fluir da coluna de perfuração para fora da abertura do fluxo de fluido e para o interior da área de perfuração. Uma vez na área de perfuração, o fluxo do fluido de eletrotrituração pode ser direcionado por uma ou mais fendas na face do eletrodo.[0066] In step 1320, the electrocrushing fluid may be supplied to the downhole drilling field through a fluid flow opening in the center of the electrode, together with the fluid flow at the top of the electrode. For example, as described above with reference to FIGURE 3, an electrode may include a fluid flow opening approximately in the center of the electrode. Electrocrushing fluid can flow from the drill string out of the fluid flow opening and into the drilling area. Once in the drilling area, the flow of electrocrushing fluid can be directed through one or more slits in the electrode face.

[0067] Na etapa 1330, a energia elétrica pode ser fornecida a um eletrodo e a um anel de aterramento da broca. Por exemplo, como descrito acima com referência às FIGURAS 1 e 2, um circuito gerador de pulso pode ser implementado dentro da ferramenta de energia pulsada 230 da FIGURA 2. E, como descrito acima com referência à FIGURA 2, a ferramenta de energia pulsada 230 também pode receber energia elétrica de uma fonte de energia na superfície, de uma fonte de energia localizada no fundo do poço ou de uma combinação de uma fonte de energia na superfície e uma fonte de energia localizada no fundo do poço. A energia elétrica pode ser fornecida a um circuito gerador de pulsos dentro da ferramenta de energia pulsada 230. O circuito gerador de pulsos pode ser acoplado a um eletrodo (como o eletrodo 208 mostrado na FIGURA 2) e um anel de aterramento (como o anel de aterramento 250 ou 650 mostrado nas FIGURAS 2 e 6, respectivamente) da broca 114.[0067] In step 1330, electrical energy can be supplied to an electrode and a ground ring of the drill. For example, as described above with reference to FIGURES 1 and 2, a pulse generator circuit may be implemented within the pulsed power tool 230 of FIGURE 2. And, as described above with reference to FIGURE 2, the pulsed power tool 230 It may also receive electrical energy from a surface power source, a downhole power source, or a combination of a surface power source and a downhole power source. Electrical power may be supplied to a pulse generating circuit within the pulsed power tool 230. The pulse generating circuit may be coupled to an electrode (such as the electrode 208 shown in FIGURE 2) and a grounding ring (such as the 250 or 650 shown in FIGURES 2 and 6, respectively) of drill 114.

[0068] Na etapa 1340, um arco elétrico pode ser formado entre o primeiro eletrodo e o segundo eletrodo da broca. O circuito gerador de pulsos pode ser utilizado para aplicar repetidamente um potencial elétrico elevado, por exemplo até ou excedendo aproximadamente 150 kV, através do eletrodo. Cada aplicação de potencial elétrico pode ser referida como pulso. Quando o potencial elétrico através do eletrodo e do anel de aterramento aumentar o suficiente durante um pulso para gerar um campo elétrico suficientemente elevado, forma-se um arco elétrico através de uma formação de rocha na parte inferior do poço de exploração. O arco pode iniciar em uma porção do eletrodo com um raio de curvatura acentuado e terminar em uma parte do anel de aterramento com um raio de curvatura acentuado, ou vice-versa, de forma que o arco inicie em uma porção do anel de aterramento com raio de curvatura acentuado e termine em uma porção do eletrodo com um raio de curvatura acentuado. O arco forma temporariamente um acoplamento elétrico entre o eletrodo e o anel de aterramento, permitindo que a corrente elétrica flua através do arco dentro de uma porção da formação rochosa na parte inferior do poço de exploração.[0068] In step 1340, an electric arc can be formed between the first electrode and the second electrode of the drill. The pulse generator circuit can be used to repeatedly apply a high electrical potential, for example up to or exceeding approximately 150 kV, across the electrode. Each application of electrical potential can be referred to as a pulse. When the electrical potential across the electrode and ground ring increases enough during a pulse to generate a sufficiently high electric field, an electrical arc forms across a rock formation at the bottom of the wellbore. The arc may begin in a portion of the electrode with a steep radius of curvature and end in a portion of the grounding ring with a steep radius of curvature, or vice versa, so that the arc begins in a portion of the grounding ring with a sharp radius of curvature. sharp radius of curvature and terminate in a portion of the electrode with a sharp radius of curvature. The arc temporarily forms an electrical coupling between the electrode and the ground ring, allowing electrical current to flow through the arc within a portion of the rock formation at the bottom of the wellbore.

[0069] Na etapa 1350, a formação rochosa na extremidade do poço de exploração pode ser fraturada pelo arco elétrico. Por exemplo, como descrito acima com referência às FIGURAS 1 e 2, o arco aumenta muito a temperatura da porção da formação rochosa através da qual o arco flui, bem como a formação e os materiais circundantes. A temperatura é suficientemente alta para vaporizar qualquer água ou outros fluidos que possam estar tocando ou próximos ao arco e também pode vaporizar parte da própria formação rochosa. O processo de vaporização cria um gás de alta pressão que se expande e, por sua vez, fratura a rocha circundante.[0069] In step 1350, the rock formation at the end of the exploration well may be fractured by the electric arc. For example, as described above with reference to FIGURES 1 and 2, the arc greatly increases the temperature of the portion of the rock formation through which the arc flows, as well as the surrounding formation and materials. The temperature is high enough to vaporize any water or other fluids that may be touching or near the arch and can also vaporize some of the rock formation itself. The vaporization process creates a high-pressure gas that expands and, in turn, fractures the surrounding rock.

[0070] Na etapa 1360, a rocha fraturada pode ser removida da extremidade do poço de exploração.Por exemplo, como descrito acima com referência à FIGURA 1, o fluido de eletrotrituração 122 pode afastar a rocha fraturada do eletrodo e a superfície do poço da parte inferior do poço de exploração 116. As etapas do método 1300 podem ser repetidas até que o poço de exploração tenha sido perfurado ou que a broca precise ser substituída. Subsequentemente, o método 1300 pode terminar.[0070] In step 1360, the fractured rock may be removed from the end of the wellbore. For example, as described above with reference to FIGURE 1, the electrogrinding fluid 122 may move the fractured rock away from the electrode and the wellbore surface from the wellbore. bottom of exploration well 116. The steps of method 1300 may be repeated until the exploration well has been drilled or the bit needs to be replaced. Subsequently, method 1300 may terminate.

[0071] Modificações, acréscimos ou omissões podem ser feitos ao método 1300 sem que ocorra muito afastamento do escopo da divulgação. Por exemplo, a ordem das etapas pode ser desempenhada de maneira diferente do que a que foi descrita e algumas etapas podem ser desempenhadassimultaneamente. Além disso, cada etapa individual pode incluir etapas adicionais sem que ocorra afastamento do escopo da presente divulgação.[0071] Modifications, additions or omissions may be made to method 1300 without greatly departing from the scope of the disclosure. For example, the order of steps may be performed differently than described and some steps may be performed simultaneously. Furthermore, each individual step may include additional steps without departing from the scope of this disclosure.

[0072] As modalidades neste documento incluem: Uma broca de eletrotrituração incluindo um corpo da broca; um eletrodo acoplado a uma fonte de energia e o corpo da broca, o eletrodo tendo uma porção distal para engatar com uma superfície de um poço de exploração; um anel de aterramento acoplado ao corpo da broca próximo ao eletrodo e tendo uma porção distal para engatar com a superfície do poço de exploração, o eletrodo e o anel de aterramento posicionados um em relação ao outro de modo que um campo elétrico produzido por uma voltagem aplicada entre o anel de aterramento e o eletrodo é potencializado em uma porção do eletrodo próxima à porção distal do eletrodo e em uma porção do anel de aterramento próxima à porção distal do anel de aterramento; e um isolador acoplado ao corpo da broca entre o eletrodo e o anel de aterramento.[0072] Embodiments herein include: An electrogrinding drill including a drill body; an electrode coupled to a power source and the drill body, the electrode having a distal portion for engaging with a surface of an exploration well; a grounding ring coupled to the drill body proximate to the electrode and having a distal portion for engaging with the surface of the wellbore, the electrode and the grounding ring positioned relative to each other so that an electric field produced by a voltage applied between the grounding ring and the electrode is potentiated in a portion of the electrode close to the distal portion of the electrode and in a portion of the grounding ring close to the distal portion of the grounding ring; and an insulator attached to the drill body between the electrode and the grounding ring.

[0073] Um sistema de perfuração de fundo de poço incluindo uma coluna de perfuração; uma fonte de energia; e uma broca acoplada à coluna de perfuração e à fonte de energia. A broca inclui um corpo da broca; um eletrodo acoplado a uma fonte de energia e ao corpo da broca, o eletrodo tendo uma porção distal para engatar com uma superfície do poço de exploração; um anel de aterramento acoplado ao corpo da broca próximo ao eletrodo e tendo uma porção distal para engatar com a superfície do poço de exploração, o eletrodo e o anel de aterramento posicionados um em relação ao outro de modo que um campo elétrico produzido por uma voltagem aplicada entre o anel de aterramento e o eletrodo seja potencializado em uma porção do eletrodo próxima à porção distal do eletrodo e em uma porção do anel de aterramento próxima à porção distal do anel de aterramento; e um isolador acoplado ao corpo da broca entre o eletrodo e o anel de aterramento.[0073] A downhole drilling system including a drill string; a source of energy; and a drill bit coupled to the drill string and power source. The drill includes a drill body; an electrode coupled to a power source and the drill body, the electrode having a distal portion for engaging with a surface of the wellbore; a grounding ring coupled to the drill body proximate to the electrode and having a distal portion for engaging with the surface of the wellbore, the electrode and the grounding ring positioned relative to each other so that an electric field produced by a voltage applied between the grounding ring and the electrode is potentiated in a portion of the electrode close to the distal portion of the electrode and in a portion of the grounding ring close to the distal portion of the grounding ring; and an insulator attached to the drill body between the electrode and the grounding ring.

[0074] Um método incluindo a colocação de uma broca no fundo do poço em um poço de exploração; sustentação do peso da broca e uma coluna de perfuração com um suporte da coluna de perfuração; fornecimento de energia elétrica para a broca; fornecimento de fluido de eletrotrituração para a broca; formação de um arco elétrico entre a porção do eletrodo próxima à porção distal do eletrodo e a porção do anel de aterramento próxima à porção distal do anel de aterramento da broca; fraturamento de uma formação rochosa na extremidade do poço de exploração com o arco elétrico; e remoção da rocha fraturada da extremidade do poço de exploração com o fluido de eletrotrituração. A broca inclui um corpo da broca; um eletrodo acoplado a uma fonte de energia e ao corpo da broca, o eletrodo tendo uma porção distal para engatar com uma superfície de um poço de exploração; um anel de aterramento acoplado ao corpo da broca próximo ao eletrodo e tendo uma porção distal para engatar com a superfície do poço de exploração, o eletrodo e o anel de aterramento posicionados um em relação ao outro de modo que um campo elétrico produzido por uma voltagem aplicada entre o anel de aterramento e o eletrodo seja potencializado em uma porção do eletrodo próxima à porção distal do eletrodo e em uma porção do anel de aterramento próxima à porção distal do anel de aterramento; e um isolador acoplado ao corpo da broca entre o eletrodo e o anel de aterramento.[0074] A method including placing a drill bit downhole in an exploration well; bit weight support and a drill string with a drill string support; supply of electrical energy to the drill; supplying electrocrushing fluid to the drill; formation of an electrical arc between the portion of the electrode proximal to the distal portion of the electrode and the portion of the grounding ring proximal to the distal portion of the drill grounding ring; fracturing a rock formation at the end of the exploration well with the electric arc; and removing the fractured rock from the end of the exploration well with the electrocrushing fluid. The drill includes a drill body; an electrode coupled to a power source and the drill body, the electrode having a distal portion for engaging with a surface of an exploration well; a grounding ring coupled to the drill body proximate to the electrode and having a distal portion for engaging with the surface of the wellbore, the electrode and the grounding ring positioned relative to each other so that an electric field produced by a voltage applied between the grounding ring and the electrode is potentiated in a portion of the electrode close to the distal portion of the electrode and in a portion of the grounding ring close to the distal portion of the grounding ring; and an insulator attached to the drill body between the electrode and the grounding ring.

[0075] Cada uma das modalidades A, B e C pode ter um ou mais dos seguintes elementos adicionais em qualquer combinação: Elemento 1: em que o eletrodo inclui ainda uma haste adjacente ao corpo e uma abertura que se prolonga através da haste e o corpo até a face do eletrodo. Elemento 2: em que o eletrodo inclui ainda uma fenda na face do eletrodo. Elemento 3: em que a fenda é um canal na face do eletrodo. Elemento 4: em que a fenda se estende através do corpo do eletrodo. Elemento 5: em que a borda da face do eletrodo inclui um entalhe. Elemento 6: em que o eletrodo inclui ainda uma haste adjacente ao corpo e uma mola que se estende através do centro de uma haste até o corpo do eletrodo. Elemento 7: em que o eletrodo inclui ainda uma haste; e uma transição entre o corpo e a haste do eletrodo tem um raio de curvatura suave. Elemento 8: em que o anel de aterramento inclui ainda uma porta de fluxo de fluido. Elemento 9: em que uma borda da porta de fluxo do fluido no anel de aterramento tem um raio de curvatura suave. Elemento 10: em que o eletrodo inclui ainda uma haste; e o fluido de eletrotrituração é fornecido à broca através de uma abertura do fluxo do fluido que se estende através da haste até a face do eletrodo geralmente cônico. Elemento 11: em que um fluxo do fluido de eletrotrituração é modificado por uma fenda em uma face do eletrodo. Elemento 12: em que o arco elétrico inicia sobre a porção distal do eletrodo e termina sobre a porção distal do anel de aterramento. Elemento 13: em que o arco elétrico inicia sobre a porção distal do anel de aterramento e termina sobre a porção distal do eletrodo. Elemento 14: compreendendo ainda manter contato entre a face do eletrodo e a formação rochosa pela compressão de uma mola que se estende através do centro de uma haste adjacente ao corpo do eletrodo. Elemento 15: em que uma borda do eletrodo tem um primeiro raio de curvatura acentuado e a porção distal do anel de aterramento tem um segundo raio de curvatura acentuado, o primeiro raio de curvatura acentuado e o segundo raio de curvatura acentuado têm um raio aproximadamente entre 0,05 polegada e aproximadamente 0,15 polegada. Elemento 16: compreendendo ainda um suporte da coluna de perfuração acoplado ao corpo da broca. Elemento 17: em que o anel de aterramento é o suporte da coluna de perfuração. Elemento 18: em que o anel de aterramento inclui uma projeção que se estende a partir do anel de aterramento. Elemento 19: em que o anel de aterramento inclui um anel de aterramento externo e uma estrutura de aterramento transversal. Elemento 20: em que o anel de aterramento inclui múltiplos anéis de aterramento. Elemento 21: em que eletrodo inclui uma pluralidade de eletrodos. Elemento 22: em que a pluralidade de eletrodos está disposta em um padrão circular no corpo da broca. Elemento 23: em que o eletrodo tem uma forma selecionada do grupo que consiste em cônica, cilíndrica, em haste, triangular, elíptica, em cunha afunilada e em aerofólio. Elemento 24: em que o fornecimento de energia elétrica para a broca inclui o fornecimento de energia elétrica a um subconjunto da pluralidade de eletrodos em uma taxa de repetição maior do que a de outro subconjunto da pluralidade de eletrodos. Elemento 25: em que o eletrodo inclui ainda uma haste adjacente ao corpo e um pistão posicionado no centro da haste até o corpo do eletrodo.[0075] Each of embodiments A, B and C may have one or more of the following additional elements in any combination: Element 1: wherein the electrode further includes a rod adjacent to the body and an opening extending through the rod and the body to the electrode face. Element 2: wherein the electrode further includes a slit on the face of the electrode. Element 3: where the slit is a channel on the electrode face. Element 4: where the slit extends through the electrode body. Element 5: wherein the edge of the electrode face includes a notch. Element 6: wherein the electrode further includes a rod adjacent to the body and a spring extending through the center of a rod to the electrode body. Element 7: wherein the electrode further includes a rod; and a transition between the electrode body and rod has a smooth radius of curvature. Element 8: wherein the ground ring further includes a fluid flow port. Element 9: wherein one edge of the fluid flow port in the ground ring has a smooth radius of curvature. Element 10: wherein the electrode further includes a rod; and the electrogrinding fluid is supplied to the drill through a fluid flow opening extending through the rod to the generally tapered electrode face. Element 11: in which a flow of electrocrushing fluid is modified by a slit on one face of the electrode. Element 12: where the electric arc begins on the distal portion of the electrode and ends on the distal portion of the grounding ring. Element 13: where the electric arc begins on the distal portion of the grounding ring and ends on the distal portion of the electrode. Element 14: further comprising maintaining contact between the electrode face and the rock formation by compressing a spring extending through the center of a rod adjacent to the electrode body. Element 15: Wherein an edge of the electrode has a first sharp radius of curvature and the distal portion of the grounding ring has a second sharp radius of curvature, the first sharp radius of curvature and the second sharp radius of curvature have a radius approximately between 0.05 inch and approximately 0.15 inch. Element 16: further comprising a drill string support coupled to the drill body. Element 17: where the grounding ring is the support of the drill string. Element 18: wherein the grounding ring includes a projection extending from the grounding ring. Element 19: wherein the grounding ring includes an outer grounding ring and a transverse grounding structure. Element 20: wherein the grounding ring includes multiple grounding rings. Element 21: which electrode includes a plurality of electrodes. Element 22: wherein the plurality of electrodes are arranged in a circular pattern on the drill body. Element 23: wherein the electrode has a shape selected from the group consisting of conical, cylindrical, rod, triangular, elliptical, tapered wedge and airfoil. Element 24: wherein providing electrical energy to the drill includes providing electrical energy to a subset of the plurality of electrodes at a repetition rate greater than that of another subset of the plurality of electrodes. Element 25: wherein the electrode further includes a rod adjacent to the body and a piston positioned in the center of the rod to the electrode body.

[0076] Embora a presente invenção tenha sido descrita com várias modalidades, várias alterações e modificações podem ser sugeridas àqueles versados na técnica. Pretende-se que a presente divulgação englobe essas alterações e modificações como fazendo parte do escopo das reivindicações anexas.[0076] Although the present invention has been described in several embodiments, various changes and modifications can be suggested to those skilled in the art. The present disclosure is intended to encompass such changes and modifications as falling within the scope of the appended claims.

Claims

1. Electrogrinding drill (114), comprising: a drill body (317); characterized in that it further comprises: an electrode (308) coupled to a power source and the drill body (317), the electrode (308) including a slot (319) on a face (316) and a distal portion for engage with a surface of an exploration well; a ground ring (250) including a fluid flow port and coupled to the drill body (317) proximate to the electrode (308) and having a distal portion for engaging with the surface of the wellbore; and an insulator (210) coupled to the drill body (317) between the electrode (308) and the grounding ring (250).

2. Electrogrinding drill (114) according to claim 1, characterized in that an edge of a fluid flow port (260) in the ground ring (250) has a smooth radius of curvature.

3. Electrogrinding drill (114) according to claim 1, characterized in that the slot (319) extends along the electrode body (308).

4. Electrogrinding drill (114) according to claim 1, characterized in that the edge of the electrode face (308) includes a notch.

5. Downhole drilling system (100), comprising: a drill string (108); a source of energy; and a drill (114) coupled to the drill string (108) and the power source, the drill (114) including: a drill body (317); characterized in that it further comprises: an electrode (308) coupled to the power source and the drill body (317), the electrode (308) including a slot (319) on a face (316) and a distal portion for engaging with a surface of an exploration well; a ground ring (250) including a fluid flow port and coupled to the drill body (317) proximate to the electrode (308) and having a distal portion for engaging with the surface of the wellbore; and an insulator (210) coupled to the drill body (317) between the electrode (308) and the grounding ring (250).

6. Downhole drilling system (100) according to claim 5, characterized in that an edge of a fluid flow port (260) in the ground ring (250) has a smooth radius of curvature.

7. Downhole drilling system (100) according to claim 5, characterized in that the slot (319) extends along the electrode body (308).

8. Downhole drilling system (100) according to claim 5, characterized in that the edge of the electrode face (308) includes a notch.